Тренажер транспортного средства Советский патент 1985 года по МПК G09B9/02 

1

Изобретение относится к тренажерам транспортных средств и может быть использовано для обучения; вождению транспортных средств,

Известен тренажер транспортного средства, содержащий кабину водителя транспортного средства с органами управления и телеприемником, связанным выходом с входом передающей телекамеры, установленной на первой модели транспортного средства, кинематически связанной с второй моделью транспортного средства, выполненной в виде датчиков линейных перемещений по высоте, блок управления перемещением моделей тра спортных средств над блоком имитации местности с установленными на нем моделями транспортных средств, и вычислительный блок, соединенньй первыми входами и выходами с соответствующими выходами и входами каб ны водителя и блока имитации местности fij. ,

Недостатком известного устройства является невысокая эффективность обучения.

Целью изобретения является повышение эффективности обучения.

Поставленная цель достигается тем, что тренажер транспортного средства, содержащий кабину водител транспортного средства с органами управления и телеприемником, соединенным выходом с входом передающе телекамеры, установленной на первой модели транспортного средства, кинематически связанной с второй моделью транспортного средства, выполненной в виде датчиков линейных перемещений по высоте, блок управления перемещением моделей транспортных средств над блоком имитации местности с установленными на нем моделями транспортных средств, и вычислительный блок, соединенный первьв ш входами и выходами с соотвествующими выходами и входами кабины водителя и блока имитации местности имеет выполненные объемно-графически и укрепленные на макете блока имитации местности имитаторы берег и вода, соответственно, и блок управления, содержащий компараторы, узлы логического совпадения, узел инверторов, узел логического сложения, элемент ИЛИ, управляющий инвертор, при этом выходы имитаторов

1442. 2

берег и вода соединены с первыми входами компараторов, вторые входы которых объединены, выход первого компарат&ра подключен к первым входам первого узла логического совпадения и первому входу элемента ИЛИ, связанного вторыми входами с выходами второго узла логического совпадения, который первыми входами

10 соединен с выходами узла инверторов и первыми входами третьего узла логического совпадения, который вторыми входами подключен к выходу второго компаратора и входу управляющего инвертора, соединенного выходом с вторыми входами второго узла логического совпадения, входы узла инверторов соединены с выходами датчиков линейных перемещений

0 по высоте и вторыми входами первого узла логического совпадения, выходы которого связаны с первыми входами узла логического сложения, соединенного вторыми.входами с выходами

5 третьего узла логического совпадения, причем выход элемента ИЛИ и выходы узла логического сложения связаны с соответствующими информационными входами вычислительного

блока.

На фиг. 1 изображена блок-схема тренажера-, на фиг. 2 - вид А на фиг. 1; на фиг. 3 - виб Б на фиг. 2; на фиг. 4 - схема блока управления-, на фиг. 5 - рисунок зон макета местности.

Тренажер содержит кабину 1 с органами управления 2, установленную на стенде (не показан) и связанную с вычислительным блоком 3, а также со средствами перемещения А моделей 5 и 6. В кабине установлены также имитаторы 7 шумов и телеприемник 8, соединенный с передающей телекамерой 9, размещенной на первой модели 5 транспортного средства над макетом блок 10 имитации местности. Вычислительный блок 3 соединен с экраном 11, со средством перемещения моделей 4, с элементами 12, моделирующими препятствия в зоне вода и блоком 13 управления.

Макет блока 10 имитации местности с препятствиями 14 (фиг. 3) выполнен

5 из эластичного материала, например поролона. Экран 11 вьшолнен из твердого материала с электропроводящим покрытием, например, из полированJной металлической пластины (могут быть использованы также фольга, электропроводящие лаки и краски), закрепленной на подходящую изоляционную основу. На экране 11 устан лены элементы 15, моделирующие препятствие в зоне берег. Элемен ты 12, моделирующие препятствие в зоне вода, установлены на кронштейнах 16. Для перемещения элемен тов 12 в кронштейнах 16 выполнены пазы. Границы элементов 12 и 15, моде лирующих препятствия, и их положение приведены в соответствии с кон турами и положением препятствий 14 на макете местности блока 10. Элементы 15, моделирующие препятствия в зоне берег, выполнены из твердого электроизоляционного материала, а элементы 12 в зоне вода - из твердого йатериала с . электропроводящим покрытием. Элементы 12 и экран 11.электрически связаны с вычислительным блоком 3 и друг с другом и находятся под нулевым потенциалом. Для учета характеристик различных участков макета блока 10 экран 11 разбит назоны, конфигурация и положение которых соответствуют зонам макета блока 10, и которые выполнены из покрытий с заданным соотношением проводимостей. Эти участки связаны с вычислительным б ком 3. Вторая модель транспортного средства 6 размещена над экраном И и выполнена в виде четырех щуповдатчиков линейных перемещений по в соте, расположенных по периметру . модели в. Держатель модели 6 имеет постоянный заданный уровень относительно нулевой плоскости 11. При перемещении модели 6 по рельеф экрана 11 изменяется только положе ние щупов, Макет блока 10, экран 11 и крон штейны 16 закреплены на вертикальном неподвижном каркасе 17. Они ра положены вертикально и параллельно друг другу во вне своими рельефными сторонами, причем экран 11 и кронштейны 16 повернуты на 180 относи тельно макета блока 10. С каркасом 17 жестко связано средство перемещения 4 моделей 5 и 6, содержащее неподвижные гори424зонтальные направляющие ia для те- лежки 1У, располо- енные вдоль плоскости каркаса 17. Тележка 19 несет на себе вертикальные направляющие 20 и 21 для кареток 22 и 23 соответственно. Вертикальные направляющие 20 расположены со сторонами макета блока 10, а направляющие 21 - со стороны экрана 11. Для синхронизации положений кареток 22 и 23 относительно макета блока 10 и экрана 11 они связаны друг с другом нерастяжимой гибкой нитью 24, например, стальным тросом через направляющие ролики 25. На каретке 23 установлен привод 26, вал которого связан с нерастяжи- мой вертикальной нитью 27, закрепленной своими концами на тележке 19. С помощью привода 26 каретки 22 и 23 перемещаются по вертикальным направляющим 20, 21 относительно макета блока 10 и экрана 11 и элементов 12, соответственно. Для перемещения тележки 19 по горизонтальным направляющим 18 на каркасе 17 установлен привод 28, выходной вал ко.торого нерастяжимой гибкой нитью 29 через направляющие ролики 30 связан с тележкой 19. На каретке 22 установлена передающая камера 9 и привод 31 следящей системы удержаниязаданного уровня камеры 9 относительно макета блока 10. Телекамера 9 снабжена приводом 32 для перемещения входного зеркала 33 по углам крена, дифферента и по курсу по сигналам вычислительного блока 3. На каретке 23 закреплена модель 6 и привод 34 для перемещения ее по курсу по сигналам вычислительного блока 3 синхронно и синфазно с соответствующими перемещениями входного зеркала 33. На приводе 28 установлен датчик перемещения 35 вдоль макета ме.стностй блока 10, связ.анный с приводом 28 через редуктор. Блок 13 управления содержит первый 36 и второй 37 задатчики опорного напряжения, первый компаратор 38, неинвертирующий вход которого подключен к первому задатчику 36 опорного напряжения, а инвертирующий -вход к датчику 35 перемещений первой модели вдоль макета местности 10, второй компаратор 39, неинвертирующий вход которого подключен к да тчику 35 перемещений первой модели макета местности блока 10,

на инвертирующий вход - к второму эадатчику 37 опорного напряжения, : первый узел схем И 40, первые входы которых подключены к соответствующим щупам датчиков модели 6, а вто- рые входы - к выходу первого компаратора 38, узел схем ИЖ 41, первые входы которых лодключены к соответствующим выходам первого узла схемИ 40, а выходы - к вычислительному блоку 3, узел инверторов 42, входы которых подключены к соответствующим датчикам модели 6, узел сх-ем И 43, первые входы которых подключены к соответствующим выходам узла инверторов 42, вторые входы - к выходу второго компаратора 39, а выходы - к соответствующим вторым .входам узла схем ИЛИ 41,. инвертор 44, вход которого подключен к выходу второго компаратора 39, -третий узел схем И 45, первые входы которых подключены к соответствующим выходам узла инверторов 42, а вторые-входы к выходу инвертора 44, элемент ИЛИ 46, входы которого подключены к соответствующим выходам третьего узла схем И 45, дополнительный вход - к выходу первого компаратора Зв, а выход - к вычислительному бло ку 3.

Количество щупов-датчиков 6 и количество схем И, ИЛИ 40, 41, 43, 45 и инверторов .42 зависит от конструктивных особенностей конкретного транспортного средства и от тактико-технических требований, предъявляемых к конкретному тренажеру. Увеличение кол-ичества щупов-, датчиков 6 повышает точность моделирования удара, так как позволяет учесть большее количество точек контура моделируемого объекта, которые могут войти в соприкосновение с препятствием.

В качестве щупов-датчиков 6 могут быть применены подпружиненные металлические щупы, установленные в изоляционной втулке и механически

связанные с потенциометрическим дат-, чиком или с сердечником индукционного датчика. В качестве передаю- . щей телекамеры 9 и телеприемника 8 могут бьпь использованы стандартные телекамеры KTII-41 и индикатор телевизионной системы Полоса-2-М. В качестве вычислительного блока 3 может быть использована аналоговая вычислительная мащина.

Первый 36 и второй 37 задатчики напряжени.ч являются имитаторами берег и вода соответствечно.

Узлы логических схем И 40, 43 и 45 являются узлами логического совпадения. Узел логических схем ИЛИ 41 является узлом логического Сложения.

Блок управления перемещением модлей транспортных средств включает в себя средство 4 перемещения модел.ей 5 и 6, при этом выходы имитато.ров берег и вода соединены с . первыми входами компараторов 38 и 39. вторые входы которых объединены, выход компаратора 38 подключен к первым входам узла 40 логического совпадения и первому входу элемента ИЛИ 46, связанного вторыми входами с выходами узла 45 логического совпадения, который первыми входами соединен с выходами узла 42 инверторов и первыми входами узла 43 логического совпадения, который вторыми входами подключен к выходу компаратора 39 и входу управляющего инвертора 44, соединенного выходом с вторьми входами узла 45 логического совпадения, выходы которого связаны с первыми входами уз 41 логического сложения, причем выход элемента ИЛИ 46 и выходы узла 41 логического сложения связаны с соответствующими информационными входами вычислительного блока 3.

После включения устройство работает следующим образом.

Перед обработкой очередной учебной задачи в вычислительный блок 3 вводят параметры внещних условий (скорость и направление ветра температура наружного воздуха, балльност моря, загрузка, когмчества топлива и т.д).

Выбранные обучаемым текущие параметры движения транспортного .средства на воздушной подушке также вводят в вычислительный блокЗ

с органов 2 управления движением. Т

По введенным параметрам внешних условий и текущим параметрам движения вычислительный блок 3 отрабатывает параметры движения транспоного средства в заданной обстановке и вьщает управляющ1е сигналы в различные блоки и узлы тренажера, в том числе на приводы 26 и 28 для соответствующехо перемещения каре7ток 22 и 23, несущих модели 5 и 6 по координатам плоскости, и на приводы 31 и 34 для разворота модели 6 и зеркала 33 по курсу. Любое измене ние водителем параметров движения найдет свое отражение в характере перемещения модели 6 и зеркала 33. При перемещении модели 6 по рельефу экрана 11 щупы-датчики независимо друг от друг изменяют свое положение, и следовательно, изменяются сигналы, поступающие на входы вычислительного блока 3, от связанных с ним датчиков линейных iперемещений. Величины сигналов от датчиков характеризуют значения уро ня и углов наклонов модели 5 по дифференту и крену. Исходное положение датчиков отре гулировано таким образом, что, когд модель 6 находится на некотором контрольном уровне Суровень водной поверхности), датчики вьщают сигнал равные нулю. Благодаря этому вычислительный блок 3 определяет по сигналам от датчиков как среднюю высоту участка местности, над которым в данный момент времени находится модель 5, так и углы наклонов модел по крену и дифференту. При этом угол наклона по дифференту определяют по сигналам от датчиков, связанных с левыми носовым и кормовым щупами, а угол наклона по крену левым и правым н асовыми щупами. Полученная в вычислительном блоке 3 средняя высота местности сумми руется с высотой висения транспортного средства над экраном, которая вычисляется в зависимости от динамических характеристик транспортного средства. Сигнал, пропорциональный суммарной высоте, поступает на привод 31 для изменения уровня модели 5 относительно плоскости блока 10. Аналогично вычислительный блок 3 суммирует текущие углы продольньгх и поперечных уклоно рельефа экрана 11 с текущими углами по дифференту и крену транспортного средства и вьщает соответствующие сигналы на привод 32 для угловых перемещений по дифференту и крену входного зеркала 33. Для рассмотрения работы блока 13 управления необходимо обратиться к рисунку зон макета (фиг. 5). 28 Согласно фиг. 5 макет местности условно разделен на следующие зоны: зона берег, зона берег-вода, зона вода. Каждой из указанных зон соответствует особый режим работы устройства управления. Разделение макета местности блока 10 на вышеперечисленные зоны осуществляется с помощью компараторов 38 и 39 и задатчиков 36 и 37. Первая зона расположена в береговой части и простирается от начала макета до условной линии XI. В этой зоне препятствиям 14, расположенным на макете местности,: соответствуют модели 15 в виде изолированных участков экрана 11. При нахождении моделей 5 и 6 в этой зоне на выходе компаратора 38 присутствует сигнал логической 1, а на выходе компаратора 39 - сигнал логического О. Вторая зона расположена между условными линиями Х1 и Х2. В этой зоне препятствия не располагаются. При нахождении моделей 5 и 6 в этой зоне на выходе компараторов 38 и 39 присутствует сигнал логического О. Третья зона расположена в водной части и простирается впргщо от условной линии Х2 до конца макета блока имитации местности 10. В этой зоне препятствиям 14, расположенным на макете местности блока 10, соо- ветствуют проводящие модели препятствий 12. При нахождении моделей 5 и 6 в этой зоне на выходе компаратора 38 присутствует сигнал логического О, а на выходе компаратора 39сигнал логической 1. Работу блока 13 yпpaвJ вния рассмотрим отдельно для каждой из трех зон. При нахождении моделей 5 и 6 в зоне берег (фиг. 5) сигнал задатчика 36, соответствующий координате XI и определяющий границу между указанной зоной и зоной берег-вода, превышает сигнал датчика 35, соответствующий текущей координате центра маСс моделируемого транспортного средства. Поэтому на выходе компаатора 38 имеет место сигнал логиеской Г . Этот сигнал подается, одной стороны, на вторые входы хем первого узла И 40, разреая их работу, а с другой стороны а вход схемы ШШ 46, обуславливая появление на ее выходе сигнала берег, поступающего в вычислител ,ньй блок 3. Наличие сигнала берег говорит о том, что модели 5 и 6 находятся над береговой частью макета местности блока 10. По этому сигналу в соответствии с известными алгоритмами происходит перестройка модели пространственного движения транспортного средства. Эта Перестройка обуславливается изменением характера подстилающей поверхности и сводится к отключению составляющих сил и моментов, описывающих влияние водной подстилающей поверхности, и подключению составляющих, учитывающих условия движения над твердым экраном. Поскольку при этом сигнал задатчика 37, соответствующий координате Х2 и определяющий границу между зоной берег-вода и зоной вода, также больше сигнала датчика 35, то на выходе компаратора 39 имеет место сигнал логического О, который блокирует работу второго узла схем И 43. При этом имеющийся на вы ходе инвертора 44 сигнал логической 1 разрешает работу третьего узла схем И 45. Если щупы датчиков модели 6 находятся в электрическом контакте с проводящей поверхностью экрана 11, то на каждом изщупов имеется сигна логического О, который через узел инверторов 42- и третий узел схем И 45 подверждает уже имеющийся на. выходе схемы ИЛИ 46 сигнал берег С другой стороны, сигналы логического О, поступающие с выхода щупов датчиков модели 6 на соответств ющие первые входы схем первого узла схем И 40, запрещают работу упомянутого узла, что (с учетом имеющегося на выходе второго узла схем И 43 сигнала логического О) предотвращает появление на выходе уала схем ИЛИ 41 сигнала удар. При наезде одним из щупов датчи ков модели 6 на изолированную площадку 15, соответствующую препяд ствию 14, расположенную на макете местности блока 10, электрическая цепь между этим щупом и проводящей поверхностью экрана 11 рвется. При этом на щупе появляется сигнал логической 1. Этот сигнал поступае на первый вход соответствующей схемы первого узла схем И 40, вызывая в конечном итоге появление на выходе узла схем ИЛИ 41 гчгнала удар. Наличие сигнала удар говорит о том, что моделируемое транспортное средство совершило наезд на препятствие. По сигналу удар в соответствии с известными алгоритмами происходит перестройка модели пространственного движения транспортного средства. Вычислительный блок 3 производит вычисление величины и направления удара и устанавливает на соответствую1цих интеграторах начальные условия, соответствующие послеударному состоянию транспортного средства. При нахождении моделей 5. и 6 над береговой частью зоны берегвода, в которой препятствия не рас-полагаются, на всех щупах датчиков модели 6 присутствуют сигналы логического О. При этом сигналы логического 6 блока щупов-датчиков 6 совместно с сигналом логического О Компаратора 39 обеспечивают наличие сигнсша логической 1 на выходе третьего узла схем И 45 и, следовательно, сигнала берег на выходе схемы ИЛИ 46. Как и должно быть, в соответствии с условием отсутствия препятствий в рассматриваемой зоне, сигнал удар в данной ситуации не возникает. Этот сигнал не возникнет и в том случае, если, находясь в зоне берег-вода., щупы выдадут сигнал логической 1, что может произойти, во-первых, при сходе моделей 5 и 6 с береговой части макета местности блока 10 на водную и, во-вторых, при случайной потере контакта между одним из щупов и проводящей пов-ерхностью экрана 11. Запретом на вьщачу ложного сигнала об ударе о препятствие в этой зоне является наличие сигнала логического О на выходе компаратора 38. Если при нахождении моделей 5 и 6 в зоне берег-вода сигнал удар отсутствует всегда, то сигнал берег присутствует в береговой части зоны и отсутствует в ее водной части. Исчезновение этого сигнала связано с появлением сигнала логической 1 на всех щупах датчиках модели 6 и приводит к перестройке модели пространственного движения транспортного средства в соответствии с изменившимися внешними условиями. Сигнал берег вновь появится, если при перемещении моделей 5 и 6 в сторону береговой части зоны берег-вода хотя бы один щуп прикоснется к проводяще поверхности экрана 11. Появление сигнала берег вновь вызовет необходимые изменения в динамике, моделируемого транспортного средства.

При нахождении моделей 5 и 6 в зоне вода и отсутствии электрического контакта между щупами и моде лями препятствий 12, расположенньвда в этой зоне, на щупах-датчиках моделей 6 имеет место сигнал логичес- кой 1. Такой же сигнал вьщает я, компаратор 39, так как в зоне вода сигнал датчика 35 превышает сигнал задатчика 37. Сигналы логической 1 на выходах щупов-датчиков модели 6 и компаратора 39 обеспечат гарантированное отсутствие сигнала берег на выходе схемы ИЛИ 46 на все время пребывания в зоне вода. В то же время для данной ситуации сигналы, узла инверторов 42 исключают. появление сигнала удар на выходе узла схем ИЛИ 41. Такое положение будет иметь место до тех пор, пока хотя бы один щуп не придет в соприкосновение с Моделью препятствия 12 и не вьщает сигнал логического О, который через узел инверторов 42 и второй узел схем И 43 привеудар на выход

узла схем ИЛИ 41. По сигналу удар вычислительным блоком 3 будут выполнены соответствующие вычисления и внесены изменения в динамику с учетом условий движения транспортного средства над водной поверхностью. Предлагаемое техническое решение позволяет повысить эффективность и качество обучения персонала за счет разделения экрана на две части и выпо)1нение одной из них (в зоне вода) в виде отдельных элементов, моделирующих препятствия с возможностью их соответствующей замены и ограниченного перемещения, что дие возможность усложнять обстановку при отработке учебных задач и уменьошть вЬзможиость быстро адаптации обучаемого к обстановке..

Предложенный блок 13 управления позволяет реализовать уд:ары и столкнвения с препятствиями |Как на берегу, так и на воде.

Кроме того, предпоженное разделение устройства на две части позволяет упростить конструкцию устройства отображения условий движения (уменьшить его размеры иа 60-70JS за счет отказа от конструктивйого воспроизведения зоны вода), значительно упростить процесс установки элементов, моделирующих препятствия, так как установка каждого элемента может осуществляться автономно и независимо от других частей устройства.

ТРЕНАЖЕР ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА, содержащий кабину водителя транспортного средства с органами управления и телеприемником, соединенным выходом с входом передающей телекамеры, установленной на первой модели транспортного средства, кинематически связанной с второй моделью транспортного средства, выполненной в виде датчиков линейных перемещений по высоте, блок управления перемещением моделей транспортных средств над блоком имитации местности с установленными на нем моделями транспортных средств и вычислительный блок, соединенный первыми входами и виходами с соответствующими выходами и входами кабины водителя и блока имитации местности, отличающийся тем, что, с целью повьшения эффективности обучения, он имеет выполненные объемнографически и укрепленные на макете блока имитации местности имитаторы берег и вода, соответственно, и блок управления, содержащий компараторы, узлы логического совпадения, узел инверторов, узел логического сложения, элемент ИЛИ, управляющий инвертор, при этом выходы имитаторов берег и вода соединены с первыми входами компараторов, вторые входы которых объединены, выход первого компаратора подключен к первым входам первого узла логического совпадения и первому входу элемента ИЛИ, связанного вторыми входами с выходами второго узла логического совпадения, который первыми входами соединен с выходами узла инверторов и первыми входами (Л третьего узла логического совпадения, который вторыми входами подключен к выходу второго компаратора и входу управляющего инвертора, соединенного выходом с вторыми входами второго узла логического совпадения, входы узла инверторов соединены.с выходами датчиков линейн к перемеще1 Р ний по вьюоте и вторыми входами первого узла логического совпадения, выходы которого связаны с первыми входами узла логического сложения, соединенного вторыми.входами с выходами третьего узла логического совпадения, причем выход элемента ИЛИ и выходы узла логического сложения связаны с соответствующими информационными входами вычислительного блока.

17-18

ые

27

23