Тренажер водителя транспортного средства
(54) ТРЕНАЖЕР ВОДИТЕЛЯ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА
Изобретение относится к моделированию с применением электронных вычислительных машин и может быть использовано при создании тренажеров водителя транспортных средств и в исследовательских стендах,предназначенных для обучения и тренировки экипажей по управлению транспортным средством, например самолетом.
Известны тренажеры с подвижной кабиной, кинематически связанной с управляемыми силовыми приводами, обеспечивающими ее перемещение с помощью вычислителя (1) и (2). I
Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является тренажер, содержащий подвижную платформу с кабиной на управляемых силовых приводах, обеспечивающих ее перемещение, и управляющие силовыми приводами вычислитель, полосовой фильтр, инвертор, сумматор, формирователь управляющих импульсов (3 ).
К недостаткам известного тренажера относится потеря части акселерационной информации, воспринимаемой оператором, например в реальном полете. Это объясняется тем, что из-за
S конструктивных и динамических ограничений исполнительных приводов невозможно воспроизводить перемещение с амплитудами, выходящими за указанные пределы, в случае же
10 масштабирования (уменьшения), по сравнению с реальным, величины воспроизводимого сигнала во всем диапазоне, часть полезной акселерационной
15 информации восприниматься человеком не будет, так как станет ниже порога его чувствительности.
Цель изобретения — повышение точности тренажера за счет приближения имитируемых условий к реальным.
Указанная цель достигается тем, что в устройство, содержащее последовательно включенные формирователь управляющих импульсов, исполнитель900308 ставляющая, как не несущая акселерационной информации, воспринимаемой 2 человеком, затем для получения управляющего сигнала, соответствующего перемещению кабины тренажера, профильтрованный сигнал ускорения дважды интегрируется, при этом из вход- щ ного сигнала ускорения непрерывно вычитается сигнал возврата, причем функциональная зависимость величины ускорения возврата от величины сигнала перемещения кабины — нелинейная, что позволяет имитировать малые и ер ем ещ ения бли з ко к р еаль ным, а перемещения с большими ускорениями плавно ограничиваются, причем весь процесс происходит непрерывно, беэ коммутации
Предлагаемое устройство может быть использовано в тренажерах с различным количеством степеней свободы, в этом случае канал формирования управляющих сигналов по каждой степени свободы выполняется в соответствии с изобретением . Величина эоны
1, в которой перемещения кабины
0 тренажера могут полностью соответ50 ствовать перемещениям имитируемого реального объекта (т. е. коэффициент передачи К = 1, при Ь1 lo) зависит от динамических возможностей исполнительных приводов тренажера
O wiox
„u уюсх упс4х
UO=,ò Е. Р„<. 1 мам wox
55 ные механизмы, пульт оператора и вычислитель, первый выход которого соединен со вторым входом пульта оператора, а также полосовой фильтр, блок суммирования и инвертор, введены последовательно включенные интегратор и нелинейный преобразова-," тель, выход которого соединен с первым входом блока суммирования, второй вход которого через инвертор О подключен ко второму выходу интегратора, третий вход блока суммирования через полосовой фильтр соединен сп вторым выходом вычислителя, а выход блока суммирования соединен iS со входом интегратора, третий выход которого подключен ко входу формирователя управляющих импульсов .
В основу работы предлагаемого тренажера заложен следующий прин- щ цип. Иэ вычисленного сигнала ускорения с помощью фильтра высоких частот отсеивается низкочастотная согде а — максимальное ускорение, упах развиваемое исполнительным приводом тренажера, L5 „- максимальная круговая частота при гармоническом перемещении кабины тренажера с амплитудой;
V „- максимальная скорость, vhcIх развиваемая исполнительным приводом тренажера.
В зоне, в которой амплитуда перемещения кабины тренажера из-за конструктивных и динамических ограничений исполнительных приводов должна быть уменьшена, коэффициент передачи
51 — lо опр еделяе тс я к ак К = 1
1 vox при Ьl r 1,, где Ь1 — использованная часть хода исполнительного привода, 1 — диапазон перемещения исполнительного привода.
ЩОХ
Так как движение физического тела, в том числе кабины тренажера, можно представить гармоническим рядом фурье, амплитудное значение перемещения кабины 1 ох связано с амплитудой ускорения а С хи круговой частотой UU для каждой гармонической а иОх составляющей выражением 1„ сх щ отсюда можно определить частоту среза Щ фильтра высоких частот
„/ау ., Нтах
4 1 OX . 1 Ох где а — амплитудное значение допоИ рогового (неощущаемого человеком) ускорения.
Крутизна фильтра высоких частот для Qg С UOC должна при этом быть не менее +ч0 дБ/дек, т.е. амплитуда колебаний должна уменьшаться пропорционально квадрату круговой частоты при Ц) (Ю, для исключения выхода исполнительных приводов на упоры, с этой же целью крутизна фильтра высоких частот для Ю СИ)c (при условии Е
Wc +20 дБ/дек. Такая частотная характеристика может быть .реализована фильтром с передаточной функцией Т2Р 2 (Р) (ТР + 1) где р оператор дифференциро1 вания, Т = — С вЂ” постоянная времени ЮС фильтра . 900308 На чертеже приведена структурная схема тр енажера . Пульт 1 ойератора содержит приборы 2 контроля и орган 3 управления, кинематически связанный с датчиком 4 его положения. Выход датчика 4 соединен со входом вычислителя 5. Приборы 2 соединены с первым выходом вычислителя 5 (параметров движения имитируемого реального объекта), причем выход вычислителя 5 соединен со входом полосового фильтра 6 (высоких частот), выход которого соединен с входом блока 7 суммирования, выход которого соединен со входом первого блока 8 интегрирования, выход которого соединен с входом второго блока 9 интегрирования и входом инвертора 10, выход которого соединен со входом блока 7, выход 20 блока 9 соединен со входом формирователя 11 управляющих импульсов, соединенного с исполнительными механизмами 12, а также нелинейный преобразователь 13, причем блоки 8 25 и 9 объединены в интегратор 14. Тренажер работает следующим образом. При манипуляции органом 3 управления, сигналы с датчика 4 его поло- 50 кения поступают в вычислитель 5,,откуда сигналы параметров движения имитируемого реального объекта поступают для индикации приборами 2 контроля. 35 15 Из сигнала, пропорционального вычисленному ускорению, с выхода вычислителя 5, с помощью фильтра 6 отсеивается низкочастотная составляющая, как не несущая воспринимаемой человеком акселерационной информации. С выхода фильтра 6 сигнал профильтрованного ускорения поступает на вход блока 7, а затем дваж- 45 ды интегрируется с помощью блоков 8 и 9, т.е. на выходе блока 9 формируется сигнал, пропорциональный перемещению кабины тренажера, в которой размещается пульт 1. Сформированный сигнал поступает на вход формирователя 11, а исполнительные механизмы 12 перемещают кабину тренажера, соответственно сигналу с выхода блока 9. По мере увеличе55 ния на выходе блока 8 сигнала, пропорционального скорости движения кабины, соответственно увеличивается по абсолютной величине сигнал, поступающий на вход блока 7 с выхода инвертора 10, ослабляя сйгнал с выхода фильтра 6, чем достигается уменьшение. масштаба воспроизводимой скорости по мере ее приближения к максимально воспроизводимой механизмами 12 величине. Аналогично, по мере .увеличения сигнала на выходе блока 9, пропорционального перемещению кабины тренажера, через преобразователь 13 на вход блока 7 поступает сигнал, ослабляющий сигнал с выхода фильтра 6, причем за счет нелинейности характеристики преобразователя 13 при малой величине сигнала с выхода блока 9, т.е. при большом запасе хода механизмов 12, ослабляющий сигнал с выхода преобразователя 13 имеет небольшую по абсолютному значению величину, затем, по мере уменьшения запаса хода механизмов 12, ослабляющий сигнал увеличивает свое абсолютное значение, т.е. при подходе механизмов 1 2 к значению предельного перемещения, они затормаживаются, исключая их выход на упоры. При изменении на про.тивоположный знак сигнала с выхода фильтра 6, соответственно значению ускорения, полученному в вычислителе 5, сигнал на выходе блока 8 плавно изменяется до нуля, что соответствует торможению и остановке кабины тренажера, затем на выходе блока 8 сигнал меняет знак на противоположный первоначальному, т.е. кабина тренажера начинает перемещаться в направлении, противоположном первоначальному. В том случае, если сигнал ускорения с выхода датчика 4 имеет постоянную величину или изменяется с малой частотой, при которой отсутствует воспринимаемая человеком акселерационная информация, сигнал с выхода фильтра 6 принимает нулевое значение, и кабина тренажера плавно занимает исходное положение за счет отрицательной обратной связи через ин— вертор 10 и преобразователь 13, которой охвачены последовательно включенные блоки 8 и 9. Таким образом, изобретение повышает точность тренажера за счет приближения имитируемых условий к реальным, чем обеспечивается высокая эффективность учебного процесса, 900308 Формула изобретения ВНИИПИ Заказ 12187/67 Тираж 473 Подписное Филиал ППП "Патент", r.ужгород, ул.Проектная,4 Тренажер водителя транспортного средства, содержащий последовательно включ енные форми ров а тель управляющих импульсов, исполнительные механизмы, пульт оператора и вычислитель, первый выход которого соединен со вторым входом пульта оператора, а также полосовой фильтр, блок сум- 10 мирования и инвертор, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения точности тренажера, он содержит последовательно включенные интегра1 тор и нелинейный преобразователь, 5 выход которого соединен с первым входом блока суммирования, второй вход которого через инвертор подключен ко второму выходу интегратора, третий вход блока суммиров, ния через полосовой фильтр соединен со вторым выходом вычислителя, а выход блока суммирования соединен со входом интегратора, третий выход которого подключен ко входам формирователя управляющих импульсов. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Патент ЧССР Ф 146100, кл. G 09 В 9/00, опублик. 1974. 2. Патент США Ф 3295224, кл. G 09 В 9/00, опублик. 1972. 3. Авторское свидетельство СССР по заявке Р 2818480/18-24, кл. G 09 В 9/00, 1979 (прототип) .
