CC BY
13
УДК 629.113
АВТОМОБИЛЬНЫЙ ТРЕНАЖЕР С СИСТЕМОЙ ИМИТАЦИИ АКСЕЛЕРАЦИОННЫХ ЭФФЕКТОВ
А. М. Савельев, А. В. Степанов
Обоснована актуальность разработки автомобильного тренажера с системой имитации акселерационных эффектов и рассмотрена его реализация. Представлены результаты разработки автомобильного тренажера.
Is substantiated the urgency of development of advanced driving simulator and considered of its implementation. Is presented the results of the development of automobile simulator.
Количество дорожно-транспортных происшествий (ДТП) на дорогах Российской Федерации очень велико и, несмотря на предпринимаемые различными службами меры, существенного изменения не происходит. Основная причина такого положения кроется в недостаточно правильной системе обучения и подготовке водителей в автошколах и на автотранспортных предприятиях.
Существующая система обучения основывается на теоретическом изучении конструкции автотранспортного средства, правил дорожного движения и получении практических навыков езды на учебном автотранспортном средстве (АТС). К основным недостаткам такой системы обучения относится то, что она не дает навыков действий обучаемому в нестандартных, аварийных и сложных дорожных условиях. Исходя из этого, водитель, попадая в сложные дорожные условия, как правило, теряется, действует неосмысленно, что приводит к возникновению ДТП и нередко к тяжелым последствиям для водителя и автотранспортного средства.
В последние несколько лет благодаря значительному прогрессу в области компьютерных технологий появилась возможность создать относительно дешевые комплексные автомобильные тренажеры. Основным достоинством обучения на автомобильных тренажерах по сравнению с ездой на учебном автомобиле является имитация сложных дорожных условий, аварийных ситуаций, создание которых в реальных условиях затруднено или опасно. Применение автомобильных тренажеров помогает повысить качество обучения водителей не только в простых, стандартных условиях езды, но и в аварийных, сложных дорожных и атмосферно-климатических условиях (дождь, снег, туман, гололед), в различное время суток (день, ночь, сумерки), при отказах техники (неисправность тормозов, двигателя и т.д.).
Следует отметить, что принцип подобия является определяющим при создании обучающих тренажеров, так как обеспечив подобие модели объекту, можно использовать модель как обучающее средство. Принято различать три основных вида подобия: геометрическое; динамическое; информационное [1].
Все современные автомобильные тренажеры оборудуются средствами визуализации, с помощью которых обеспечивается обратная связь между поведением управляемого «автомобиля» и учащимся. Также многие автомобильные тренажеры соответствуют принципу геометрического подобия
(имитатор рабочего места водителя полностью повторяет рабочее место базового автомобиля, включая полный набор органов управления и соответствие всех геометрических размеров рабочего места реального автомобиля). Тем не менее большинство существующих автомобильных тренажеров не отвечают в полной мере принципам динамического подобия, прежде всего это связано с отсутствием системы имитации акселерационных эффектов. В такой ситуации обучаемый в неполной мере совершенствует навыки вождения. Необходимо подчеркнуть значение динамического подобия систем управления тренажера и автомобиля, так как это обеспечивает адекватность действий обучающегося на тренажере и автомобиле. Тренажер с динамически подобной обратной связью позволяет формировать навыки поведения в аварийной ситуации, навыки прогнозирования дорожной обстановки. Он может быть использован на последующих этапах обучения и для совершенствования профессионального мастерства водителей. В связи с этим целесообразна разработка автомобильного тренажера, наиболее полно отвечающего принципам подобия.
Для соответствия принципу динамического подобия в конструкции тренажера [2, 3] предусмотрены система подвижности, а также система имитации динамических усилий (моментов сопротивления) на руле. Наиболее целесообразной для построения системы подвижности была признана электромеханическая система с использованием линейных электродвигателей, так как при обеспечении необходимых динамических характеристик подобная система по сравнению с гидравлическими и пневматическими имеет ряд преимуществ, таких как меньший вес, компактность, меньшая потребляемая мощность при сохранении скоростных характеристик, уход от сложной системы управления гидравлическим (пневматическим) приводом. Кроме того, сохраняется важнейшее преимущество использования только энергии электромагнитного поля для управления автомобильным тренажером.
Структурная схема автомобильного тренажера представлена на рис. 1.
Рис. 1. Структурная схема автомобильного тренажера: 1 - рабочее место водителя;
2 - система имитации акселерационных эффектов; 3 - органы управления; 4 - устройства отображения визуальной информации; 5 - акустическая система; 6 - ЭВМ; 7 - модель трансмиссии; 8 - имитатор коробки передач; 9 - устройство управления переключением скоростей коробки передач; 10 - имитатор рулевых нагрузок; 11 - привод руля; 12 - имитатор антиблокировочной системы; 13 - система имитации визуальной обстановки; 14 - монитор инструктора; 15 - модуль имитации шумов; 16 - видеокамера; 17 - линейные электродвигатели; 18 - поворотная платформа
Тренажер содержит имитатор рабочего места водителя 1, установленный на систему имитации акселерационных эффектов 2 (на ее столешнице). Имитатор рабочего места водителя содержит органы управления 3, устройства отображения визуальной информации (мониторы) 4, акустическую систему 5. Тренажер также содержит электрически связанные и управляемые от ЭВМ 6 модель трансмиссии 7 с имитатором коробки передач 8, соединенным с устройством 9 управления переключением скоростей коробки передач, имитатор рулевых нагрузок 10, соединенный с приводом руля 11, имитатор антиблокировочной системы 12, систему имитации визуальной обстановки 13, соединенную с устройством отображения визуальной информации 4 кабины и монитором инструктора 14, модуль имитации шумов 15, соединенный с акустической системой 5. Внутри кабины установлена видеокамера 16 для видеомониторинга действий обучаемого, информация с которой через имитатор визуальной обстановки 13 передается на монитор инструктора 14.
Столешница системы имитации акселерационных эффектов 2 установлена на четыре линейных электродвигателя 17, размещенных на столешнице поворотной платформы 18. Устройства отображения информации (мониторы) 5 расположены в плоскостях каждого из лобовых и боковых стекол рабочего места водителя 1.
Привод руля 11 представляет собой моментный электродвигатель, размещенный на валу рулевого колеса, имитируя результирующий момент сопротивления, включающий в себя следующие составляющие: стабилизирующий момент, обусловленный продольным наклоном оси поворота управляемого колеса; стабилизирующий момент, обусловленный поперечным наклоном оси поворота управляемого колеса; момент сопротивления повороту колеса относительно шкворня, а также осуществляющий возврат рулевого колеса в нейтральное положение.
Устройство 9 управления переключением скоростей коробки передач представляет собой электромагнитную муфту, управляемую от ЭВМ, которая блокирует рычаг переключения передач в случае неправильных действий обучаемого, например, при попытке переключения на несмежные передачи (с первой на третью и последующие) либо переключения передач без сброса оборотов двигателя.
Система имитации акселерационных эффектов 2 тренажера обеспечивает движение рабочего места водителя 1 с четырьмя степенями свободы (крен, тангаж, вертикальное перемещение и поворот), что наиболее полно отображает движение колесного транспортного средства по местности. Крен, тангаж и вертикальное перемещение осуществляются с помощью четырех линейных электроприводов 17, расположенных по углам тренажера. Такая конструкция позволяет полностью имитировать подвеску реального автомобиля, воспроизводя динамические усилия, возникающие в процессе движения. Для имитации акселерационных эффектов, возникающих при поворотах, заносах, юзе в конструкцию тренажера введена поворотная платформа 18, выполненная на основе шагового электропривода. Поворотная платформа обеспечивает поворот имитатора рабочего места водителя на определенный угол и с определенной скоростью в зависимости от скорости движения автомобиля, угла поворота и других факторов. Такая конструкция системы имитации акселерационных эффектов позволяет наиболее полно воспроизводить
динамические усилия, возникающие в процессе движения на реальном автомобиле, позволяя проводить обучение не только в стандартных условиях езды, но и в аварийных, сложных дорожных условиях, при отказах техники.
Имитатор антиблокировочной системы 12 представляет собой управляемый от ЭВМ 6 электропривод, выполненный на электродвигателе с эксцентриком на валу. Электропривод педали тормоза включается только тогда, когда требуется имитация работы антиблокировочной системы. Такая конструкция позволяет проводить обучение вождению автомобилей, оснащенных или неоснащенных антиблокировочной системой, и имитировать динамическое воздействие на педаль тормоза, возникающее при работе антиблокировочной системы на автомобиле.
Предложенная конструкция системы имитации акселерационных эффектов позволяет обучаемому понять все особенности вождения автомобиля, оснащенного современными системами (курсовой устойчивости, противо-буксовочной, антиблокировочной и др.).
Важным элементом конструкции, влияющим на выработку правильных навыков управления автомобилем, является также коробка передач. Последовательность включения той или иной передачи, возможность перехода на пониженную передачу в зависимости от числа оборотов двигателя вырабатывают у обучаемого необходимые навыки по управлению автомобилем. Для этого тренажер снабжен устройством 9 управления переключением скоростей коробки передач. Таким устройством является управляемая от ЭВМ электромагнитная муфта. Получая записанные в программе соответствующие сигналы, она блокирует неправильные действия водителя, т.е. не позволяет, например, переключаться на несмежные передачи (с первой на третью и последующие), производить переключение скоростей без сброса числа оборотов двигателя.
Все это приближает условия обучения на тренажере к условиям движения на реальном автомобиле.
Список литературы
1. Жималинов, С. В. Пилотажно-навигационные и комплексные тренажеры / С. В. Жималинов, С. П. Терещук ; под ред. С. В. Жималинова. - Иркутск : ИВВАИУ, 1990. - 488 с.
2. Савельев, А. М. Комплексный автомобильный тренажер / А. М. Савельев, К. А. Сухов // Проблемы электротехники, электроэнергетики и электротехнологии : тр. II Всерос. науч.-техн. конф. с междунар. участием. - Тольятти : ТГУ, 2007. - Ч. 2. - С. 108-112.
3. Патент на полезную модель № 114387 РФ, G09B9/04. Тренажер для обучения вождению автомобиля. - Опубл. 20.03.2012.
УДК 517.518.8
АНАЛИЗ И ИССЛЕДОВАНИЕ РАЗЛИЧНЫХ СПОСОБОВ АППРОКСИМАЦИИ ИРРАЦИОНАЛЬНОЙ ФУНКЦИИ
И. Р. Сарибжанов, М. Е. Теняева
Рассматриваются полиномы, рассчитанные из функциональных рядов Тейлора, Чебышева, Лежанра, и многочлены, полученные методом наименьших квадратов, аппроксимирующие иррациональную функцию, а также проводится анализ погреш-
