Тренажер для обучения вождению гусеничной машины Российский патент 2021 года по МПК G09B9/04 

Изобретение относится к тренажерам для обучения механика-водителя вождению гусеничной машины.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является тренажер для обучения механика-водителя гусеничной машины (см. патент №2661176, бюл. №13 от 28.04.2018 [1]), который принят в качестве прототипа.

Тренажер для обучения механика-водителя гусеничной машины, который взят в качестве прототипа, содержит кабину с прибором наблюдения механика-водителя с индикаторами, органами управления и датчиками их положения, вертикальных ускорений и угловых скоростей, подключенных к первому входу блока моделирования динамики движения, другой вход которого связан с выходом блока имитации визуальной обстановки, второй выход которого соединен с первым входом пульта управления инструктора, второй вход которого соединен с выходом блока моделирования динамики движения, а выход - с переключателем выбора рельефа местности, один из выходов которого связан с другим входом приемника тахометра, а другой - с имитатором рельефа местности, и аппаратуру управления динамической платформой, блок имитации подвески машины, аналого-цифровой преобразователь, указатель тахометра и блок регистрации.

Данный тренажер представляют собой динамический комплекс, предназначенные для формирования у механиков-водителей практических навыков в последовательности и координации действий органами управления, в наблюдении за контрольно-измерительными приборами, а также для совершенствования приемов вождения гусеничных машин в различных условиях движения. Однако конструкция этого тренажера не обеспечивает формирование всего комплекса навыков, необходимых для управления реальной машиной, и имеет ряд недостатков:

обучаемый не ощущает визуально результат неправильного действия по управлению машиной, что с психологической точки зрения весьма важно, потому что нарушение правил преодоления препятствий и неточные действия органами управления движением влекут за собой сваливания, разрушения препятствий, поломки и аварии машины;

отсутствует реальное ощущение обучаемым правильного преодоления препятствия потому, что даже при явно неверных его действиях визуальная картинка запрограммирована на правильное действие и производит на экране следствие правильных действий;

конструкция тренажера не учитывает вынос центра массы гусеничной машины в зависимости от скорости движения, в следствие которого в реальных условиях при движении на высоких скоростях могут возникать значительные ударные перегрузки (более 9 g), которые отрицательно сказываются на состоянии обучаемого и могут привести к травмам экипажа и поломкам ходовой части. А поскольку, при обучении обучаемый - механик-водитель не воспринимает воздействия данного фактора, то данный тренажер и не обеспечивает формирование навыков, необходимых для исключения воздействия ударных нагрузок. Такие навыки являются довольно сложными и определяются сложными действиями, заключающимися в умении определить момент начала перехода машины через гребень препятствия, и при этом, так снизить скорость машины, чтобы ее передняя часть плавно опустилась вперед без удара или скатывания с препятствия. Такое управление может осуществлять только водитель, хорошо чувствующий машину.

Для правильного преодоления многих препятствий вертикального типа важно уметь определить момент перехода центра тяжести машины через гребень препятствия. У многих обучаемых, прошедших подготовку на существующих тренажерах, это вызывает затруднение, поэтому для формирования этого навыка на реальных машинах в практике используют различные сигналы, подаваемые водителю, например, по средствам связи о начале перехода машины через гребень препятствия. При получении сигнала обучаемый должен выполнять соответствующие приемы по управлению машиной. Количество повторений может быть десятки и даже сотни раз. Но главное, такой метод обучения лишает обучаемого самостоятельности. Поэтому этот метод должен быть отменен, как только обучаемый сам научится определять момент перехода центра тяжести через гребень препятствия на тренажере.

Целью изобретения является повышение качества обучения вождению и точности оценки деятельности обучаемого за счет представления ему оперативной информации о результатах своих действий при имитации ударных перегрузок подвески гусеничной машины.

Поставленная цель достигается тем, что в тренажер для обучения вождению гусеничной машин дополнительно введен интегратор, первый и второй входы которого соответственно соединены с выходами блока моделирования динамики движения и логического элемента «И», а выход интегратора последовательно соединен с блоком имитации подвески машины, имеющим выход на аппаратуру управления динамической платформой кабины и со вторым входом регулятора, подключенного первым входом к кабине с органами управления и датчиками их положения, вертикальных ускорений и угловых скоростей, выход регулятора соединен с одним из входов логического элемента «И», другой вход которого соединен с логическим элементом «ИЛИ», последовательно подключенного к выходу задатчика, а выход логического элемента «ИЛИ» через блок моделирования динамики движения соединен со вторым выходом имитатора рельефа местности, имеющего выход на индикаторы прибора наблюдения механика-водителя, размещенного в кабине.

На чертеже показана функциональная схема предлагаемого тренажера для обучения вождению гусеничной машины.

Тренажер для обучения вождению гусеничной машины содержит кабину 1 с прибором наблюдения механика-водителя с индикаторами, органами управления и датчиками их положения, вертикальных ускорений и угловых скоростей подключенных к первому входу блока 2 моделирования динамики движения, другой вход которого связан с выходом блока 3 имитации визуальной обстановки, второй выход которого соединен с первым входом пульта управления 4 инструктора, второй вход которого соединен с выходом блока моделирования динамики движения, а выход - с переключателем 5 выбора рельефа местности, один из выходов которого связан с другим входом приемника 6 тахометра, а другой с имитатором 7 рельефа местности, и аппаратуру 8 управления динамической платформой, блок 9 имитации подвески машины, аналого-цифровой преобразователь 10, указатель 11 тахометра и блок 12 индикации. Тренажер содержит интегратор 13, первый и второй входы которого соответственно соединены с выходами блока моделирования динамики движения и логического элемента 14 «И», а выход интегратора последовательно соединен с блоком имитации подвески машины, имеющим выход на аппаратуру управления динамической платформой кабины и со вторым входом регулятора 15, подключенного первым входом к кабине с органами управления и датчиками их положения, вертикальных ускорений и угловых скоростей, выход регулятора соединен с одним из входов логического элемента «И», другой вход которого соединен с логическим элементом 16 «ИЛИ», последовательно подключенного к выходу задатчика 17, а выход логического элемента «ИЛИ» через блок моделирования динамики движения соединен со вторым выходом имитатора рельефа местности, имеющего выход на индикаторы прибора наблюдения механика-водителя, размещенного в кабине.

Тренажер работает следующим образом.

Инструктор с помощью пульта 4 управления осуществляет выбор упражнения по вождению и посредством переключателя 5 - выбор рельефа местности полигона, содержащего препятствия вертикального типа. При этом на первый вход имитатора 7 рельефа местности подается с переключателя 5 сигнал, соответствующий высокому уровню логической «1» (при выборе рельефа местности в другом случае по этой цепи подается сигнал, соответствующий низкому уровню логического «0»).

После запуска инструктором упражнения по вождению на выполнение в приборе наблюдения механика-водителя кабины 1 появляется изображение обстановки в соответствии с условиями выполнения выбранного упражнения.

Обучаемый (механик-водитель) в соответствии с предъявленной визуальной обстановкой выполняет действия по управлению движением гусеничной машины. Сигналы с датчиков органов управления поступают в блок 2 моделирования динамики движения. В соответствии с этими сигналами блок моделирования динамики движения управляет блоком 3 имитации визуальной обстановки, которую обучаемый наблюдают в приборе наблюдения.

Для преодоления препятствия вертикального типа, например, валика (уступа на подъеме, вертикальной стенки, эскарпа, контрэскарпа) обучаемый направляет гусеничную машину под прямым углом к его гребню и непосредственно у препятствия включает низшую передачу, при этом он воспринимает силу инерции, а с блока 2 моделирования динамики движения на второй вход имитатора 7 рельефа местности подается сигнал, соответствующий уровню логической «1» (если низшая передача не включена, то по этой цепи подается сигнал, соответствующий уровню логического «0»). На третьем входе имитатора 7 рельефа местности есть сигнал, соответствующий уровню логического «0», который поступает с выхода аналого-цифрового преобразователя 10. В результате, на первом выходе имитатора 7 рельефа местности формируется сигнал, соответствующий уровню логического «0», который поступает на индикаторы имитатора прибора наблюдения механика-водителя в кабине 1, представляющие различные оценочные показатели.

На другом выходе имитатора 7 рельефа местности формируется сигнал, соответствующий уровню логического «0», который подается в приемник 6 тахометра, при этом указатель 11 тахометра регистрирует эксплуатационные обороты двигателя. Обучаемый фиксирует обороты двигателя по указателю тахометра этого блока в зависимости от положения педали подачи топлива и условий движения.

Таким образом обучаемый, наблюдая в прибор за обстановкой, видит выполнение оценочных показателей, например, «Переключение передач своевременно и быстро с соблюдением установленного режима работы двигателя в соответствии с условиями движения, без остановок двигателя». По мере выполнения оценочных показателей, индикаторы меняют свой цвет на зеленый в случае успешного выполнения или на красный в случае ошибки. Аналогичную информацию видит инструктор по индикаторам на панели своего пульта управления.

Одновременно с датчика вертикальных ускорений и угловых скоростей, установленного в кабине 1 электрический сигнал, пропорциональный углу наклона местности и силе инерции, появляющейся при неравномерном движении, подается на интегратор 13 через блок 2 моделирования динамики движения и регулятор 15 непосредственно. Уровень сигнала с выхода интегратора 13 пропорционален углу наклона неподрессоренной части гусеничной машины, но противоположен входному сигналу по знаку. В этом случае воспроизводится режим движения гусеничной машины по горизонтальному участку местности с постоянным углом наклона опорной поверхности гусениц (неподрессоренной части гусеничной машины).

При равенстве, включенных навстречу сигналов на первом и втором входах регулятора 13 с его выхода на второй вход логического элемента 14 «И», выполняющего умножение, подается сигнал, соответствующий уровню логического «0». На первый вход этого логического элемента «И» подается сигнал с задатчика 17 пропорциональный скорости движения гусеничной машины и соответствующий уровню логической «1». При этом на выходе логического элемента 14 формируется сигнал, соответствующий уровню логического «0».

При подъеме на валик увеличивается угол наклона неподрессоренной части гусеничной машины. Обучаемый, ощущая силу сопротивления подъему, воздействует на педаль подачи топлива и поддерживает эксплуатационные обороты двигателя. При нажатии обучаемого на педаль подачи топлива напряжение с датчика положения педали поступает в аналого-цифровой преобразователь 10. При условии, что положение педали подачи топлива обеспечивает эксплуатационные обороты двигателя на выходе аналого-цифрового преобразователя 10 формируется сигнал, соответствующий уровню логической «1». Этот сигнал подается на третий вход имитатора 7 рельефа местности, при этом на его выходе формируется сигнал, соответствующий уровню логической «1», который подается на приемник 6 тахометра. Указатель 11 тахометра показывает снижение оборотов двигателя, что свидетельствует о возрастании нагрузки на двигатель при движении машины на подъем.

Отметив снижение оборотов двигателя обучаемый нажатием на педаль подачи топлива восстанавливает эксплуатационный режим работы двигателя, при этом на третий вход имитатора 7 рельефа местности поступает сигнал, соответствующий уровню логического «0». На выходе имитатор 7 появится сигнал, соответствующий уровню логического «0», при этом указатель 11 тахометра вновь будет показывать эксплуатационные обороты двигателя. Обучаемый, наблюдая в прибор за обстановкой, видит выполнение второго оценочного показателя, например, «Движение на подъем на пониженной передаче без остановки двигателя и скатывания машины».

Одновременно электрический сигнал с датчика вертикальных ускорений и угловых скоростей кабины 1, увеличенный пропорционально изменившемуся углу наклона местности, подается на один из входов регулятора 15 и на вход блока 2 моделирования динамики движения, через который он проходит без изменения по величине и, проинвертировавшись по знаку (изменив уровень входного сигнала на противоположный), поступает на управляющий вход интегратора 13. В результате этого уровень ограничения заряда интегратора 13 увеличивается на величину сигнала приращения угла наклона неподрессоренной части гусеничной машины и становится равным сумме уровня сигнала этого приращения и уровня сигнала пропорционального движению гусеничной машины по ровной местности с постоянным углом наклона опорной поверхности гусениц. В начальный момент времени уровень сигнала на выходе интегратора 13 равен уровню сигнала пропорционального движению гусеничной машины по горизонтальному участку местности. Этот сигнал поступает на второй вход регулятора 15, в результате чего на выходе регулятора появляется сигнал, пропорциональный величине приращения угла наклона неподрессоренной части гусеничной машины. Постоянная времени регулятора 15 выбирается так, чтобы уровень сигнала пропорциональный движению гусеничной машины по горизонтальному участку местности сохранялся на весь период заряда интегратора 13. Сигнал пропорциональный приращению угла наклона неподрессоренной части гусеничной машины с помощью логического элемента 14 «И» умножается на сигнал задатчика 17 скорости движения гусеничной машины, в результате чего на выходе формируется сигнал, равный произведению двух входящих в него сигналов, который поступает на вход интегратора 13 и заряжает его до уровня равного сумме сигналов пропорциональных движению гусеничной машины по горизонтальному участку местности и приращению угла наклона неподрессоренной части гусеничной машины при движении на подъем. При этом время заряда интегратор 13, т.е. время въезда опорной поверхности гусениц на угол приращения подъема относительно горизонтального участка местности, пропорционален уровню сигнала равного скорости движения машины.

При выходе на гребень валика, в момент перехода центра тяжести (перевала машины) через гребень уступа обучаемый воздействуя на ППТ уменьшает подачу топлива так, чтобы не допустить жесткого удара и скатывания назад, включает повышенную передачу и отпускает педаль подачи топлива. Процессы, описанные выше по информированию обучаемого об выполнении оценочных показателей, повторяются. Обучаемый, наблюдая в прибор, по индикаторам видит результат своих действий сразу же после их совершения.

Когда гусеницы коснутся грунта на обратном скате (т.е. передние катки опустятся на грунт) обучаемый увеличивает подачу топлива и быстро отходит от препятствия.

В этом случае, при уменьшении угла наклона местности электрический сигнал на выходе датчика вертикальных ускорений и угловых скоростей кабины 1 уменьшается и становится равным разнице величин сигналов пропорциональных движению гусеничной машины по горизонтальному участку местности и углу наклона опорной поверхности гусениц. Этот сигнал поступает на вход блока 2 моделирования динамики движения и прямой вход регулятора 15, на инверсный вход которого поступает сигнал с выхода интегратора 13, на котором в начальный момент времени имеется сигнал равный углу наклона местности, в результате на выходе регулятора 15 появляется сигнал пропорциональный углу наклона опорной поверхности гусениц (т.е. неподресоренной части гусеничной машины), причем этот сигнал противоположен сигналу, пропорциональному углу подъема при движении гусеничной машины на подъем. Сигнал с выхода регулятора 15 поступает на первый вход логического элемента 14 «И», на второй вход которого подается сигнал с задатчика 17 пропорциональный скорости движения гусеничной машины. Сигнал с выхода логического элемента 14 «И», равный произведению входных сигналов этого блока, поступает на второй вход интегратора 13 и разряжает его до тех пор, пока величина его выходного сигнала не станет равной разнице величин сигналов пропорциональных движению гусеничной машины по горизонтальному участку местности и углу наклона опорной поверхности гусениц. В этом случае величины сигналов на выходе регулятора 15 и логического элемента 14 «И» станут равными нулю. Электрический сигнал, пропорциональный скорости прямолинейного движения гусеничной машины, задается задатчиком 17. Этот сигнал поступает на второй вход логического элемента 14 «И». Чем меньше уровень этого сигнала, тем меньше произведение сигналов на выходе логического элемента «И», следовательно, медленнее изменяется уровень сигнала на выходе интегратора 13. Чем больше уровень сигнала пропорциональный скорости движения гусеничной машины, тем больше произведение сигналов на выходе логического элемента «И» и, следовательно, быстрее изменяется уровень сигнала на выходе интегратора 13. Это значит, что при увеличении скорости движения гусеничной машины при движении по местности, состоящей из чередующихся между собой подъемов и спусков и крайне редко имеющей горизонтальные участки большой длины, будет увеличиваться скорость изменения угла неподрессоренной части гусеничной машины в соответствии с углами подъема и спуска. При постоянной скорости на переменных углах время въезда на эти углы будет оставаться постоянным, т.е. при увеличении угла будет увеличиваться и произведение сигналов пропорциональных скорости движения и углу подъема, в то же время возрастает уровень сигнала с интегратора 13, т.е. возрастает угловая скорость поворота неподрессоренной части при неизменной скорости движения гусеничной машины. Зависимость уровня сигнала с выхода интегратора 13 от скорости движения гусеничной машины обеспечивается логическим элементом 16 «ИЛИ» (выполняющего сложение сигналов), один вход которого подключен к источнику питания, причем уровень этого сигнала соответствует максимально-возможной скорости движения. На другой вход логического элемента 16 «ИЛИ» подается сигнал, пропорциональный скорости движения гусеничной машины. Таким образом на выходе логического элемента 16 «ИЛИ» формируется сигнал, уровень которого равен разности уровней сигналов пропорциональных максимально-возможной скорости движения и скорости прямолинейного движения гусеничной машины в данный момент времени, который подается в блок 2 моделирования динамики движения. Так как, время опускания передней части гусеничной машины меньше, чем время подъема, то при изменении угла наклона неподрессоренной части при уменьшении угла наклона при движении на спуске влияние сигнала с выхода логического элемента 14 «И», пропорционального произведению сигналов скорости движения и угла уклона, на разряд интегратора 13 мало и поэтому в данном случае не учитывается.

Сигнал с выхода интегратора 13 подается на блок 9 имитации подвески гусеничной машины, в котором решается известное уравнение [2] угловых колебаний ее подрессоренной части, имеющей вид где ϕ - угол наклона подрессоренной части; Р - коэффициент затухания колебательной системы (качества системы подрессоривания); - частота собственных колебаний подрессоренной части системы; А - внешнее воздействие. Причем внешнее воздействие А состоит из двух составляющих, одна из которых является следствием сил упругости, возникающих в подвеске при изменении угла наклона неподрессоренной части гусеничной машины и пропорциональна углу наклона, а вторая является следствием сил трения, возникающих в подвеске при наличии скорости изменения угла наклона и пропорциональна ему.

Сигнал с выхода блока 9 имитации подвески, пропорциональный углу наклона подрессоренной части гусеничной машины, подается на вход аппаратуры управления динамической платформой 8 кабины 1 для приведения ее в положение, соответствующее действиям обучаемого.

В процессе занятия инструктор предоставляет возможность обучаемому самостоятельно выбирать режим движения, контролирует его действия на экране пульта управления тренажером. В результате этого инструктор делает вывод о достигнутом обучаемым навыке реализации скоростных возможностей гусеничной машины по плавности хода, о чем он выдает соответствующие рекомендации.

После завершения выполнения упражнения обучаемому автоматически выставляется оценка в соответствии с требованиями Курса вождения. Инструктор объясняет обучаемому допущенные ошибки и принимает решение о повторе упражнения, либо, в случае положительной оценки, о выборе нового, более сложного упражнения.

Таким образом, данный тренажер позволит с достаточно высокой точностью имитировать динамическое воздействие на обучаемого в соответствии с рельефом местности и характеристиками подвески гусеничной машины, обеспечит формирование навыков вождения гусеничной машины по местности со сложным рельефом, что в свою очередь повысит качество обучения механиков-водителей гусеничных машин, сократит расход моторесурса реальных машин и горюче-смазочных материалов, а также предотвратит поломки машин и травмы, полученные обучаемыми при неправильном управлении.

Список использованных источников

1. Тренажер для обучения механика-водителя гусеничной машины: патент №2661176. - М.: ФИПС, МПК G09B 9/04 бюл. №13 от 28 марта 2018 (прототип).

2. Савочкин В.А., Шишанов С.М. Основы линейной теории подрессоривания транспортных и тяговых гусеничных машин. М.: МГТУ «МАМИ», 2007. - С. 30.

Изобретение относится к тренажерам для обучения механика-водителя вождению гусеничной машины. Тренажер для обучения вождению гусеничной машины содержит кабину с прибором наблюдения механика-водителя с индикаторами, органами управления и датчиками их положения, вертикальных ускорений и угловых скоростей. Инструктор с помощью пульта управления осуществляет выбор упражнения по вождению и посредством переключателя - выбор рельефа местности полигона, содержащего препятствия вертикального типа. При этом на имитатор рельефа местности подается с переключателя сигнал. Дополнительно в тренажер введен интегратор, соединенный с блоком моделирования динамики движения и логического элемента «И», с блоком имитации подвески машины, имеющим выход на аппаратуру управления динамической платформой кабины и со вторым входом регулятора. Регулятор подключен к кабине с органами управления и датчиками их положения, вертикальных ускорений и угловых скоростей, а также соединен с логическим элементом «И», соединенным с логическим элементом «ИЛИ», последовательно подключенным к выходу задатчика, а выход логического элемента «ИЛИ» через блок моделирования динамики движения соединен со вторым выходом имитатора рельефа местности, имеющего выход на индикаторы прибора наблюдения механика-водителя, размещенного в кабине. Повышается уровень подготовки обучаемого. 1 ил.

Тренажер для обучения вождению гусеничной машины содержит кабину 1 с прибором наблюдения механика-водителя с индикаторами, органами управления и датчиками их положения, вертикальных ускорений и угловых скоростей, подключенными к первому входу блока моделирования динамики движения, другой вход которого связан с выходом блока имитации визуальной обстановки, второй выход которого соединен с первым входом пульта управления инструктора, второй вход которого соединен с выходом блока моделирования динамики движения, а выход - с переключателем выбора рельефа местности, один из выходов которого связан с другим входом приемника тахометра, а другой - с имитатором рельефа местности, и аппаратуру управления динамической платформой, блок имитации подвески машины, аналого-цифровой преобразователь, указатель тахометра и блок индикации, отличающийся тем, что в него дополнительно введен интегратор, первый и второй входы которого соответственно соединены с выходами блока моделирования динамики движения и логического элемента «И», а выход интегратора последовательно соединен с блоком имитации подвески машины, имеющим выход на аппаратуру управления динамической платформой кабины и со вторым входом регулятора, подключенного первым входом к кабине с органами управления и датчиками их положения, вертикальных ускорений и угловых скоростей, выход регулятора соединен с одним из входов логического элемента «И», другой вход которого соединен с логическим элементом «ИЛИ», последовательно подключенным к выходу задатчика, а выход логического элемента «ИЛИ» через блок моделирования динамики движения соединен со вторым выходом имитатора рельефа местности, имеющего выход на индикаторы прибора наблюдения механика-водителя, размещенного в кабине.