Имитатор внешней визуальной обстановки тренажера транспортного средства

Имитатор внешней визуальной обстановки тренажера транспортного средства

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к тренажеростроению, а именно к оптикоэлектронным системам имитации внешней обстановки, и может быть использовано для визуализации картины окружающего пространства, предъявляемой оператору (водителю) в ходе обучения навыкам вождения и управления транспортными средствами. Цель изобретения - повышение точности работы и улучшение качества обучения навыкам вождения. Имитатор содержит кабину 1 транспортного средства с лобовым стеклом 4, креслом 2 обучаемого и органами 3 управления (вождения), сопряженный с управляющим устройством 5 тренажера через генератор изображения телевизионный проектор 7 с проекционным объективом 8 и установленный перед лобовым стеклом кабины экран. Проектор 7 развернут своей апертурой в сторону лобового стекла, на котором дополнительно нанесено светоделительное покрытие, изламывающее оптическую ось проектора в сторону экрана и оптически сопрягающее выходной зрачок проекционного объектива с зоной расположения глаз обучаемого. При этом телепроектор снабжен блоком 20 сервоприводов перемещения по трем линейным координатам, а в состав имитатора введено наголовное приспособление 22 для обучаемого с укрепленными на нем реперными элементами 23. Внутри кабины установлены блоки дополнительно введенного измерителя 9 линейных перемещений реперных элементов наголовного приспособления, при этом выходы измерителя и выходы сервоприводов электрически связаны с устройством 5. При перемещении головы обучаемого подается команда на устройство 5, обеспечивающее пропорциональное перемещение телевизионного проектора 7. 2 ил.

СОЮЭ СовятСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

0% (11)

А1 (51)4 G 09 В 9 02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ЯЛ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОИ%ТЕНИЯМ И ОТНРЬЗТИЯМ

ПРИ 1ННТ СССР

К АВТОРСКОМУ С8ИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4350984/40-11 (22) 28.12.87 (46) 30.05.89. Бюл. Р 32 (72) А.А. Борисюк, Л.А. Тимченко и Е.Г. Флорова (53) 629 ° 113.014.5(088.8) (56) Роберт Шанон и др. Applied Optics and Optical Engineering, 1985, с. 204-206.

P4) ИМИТАТОР ВНЕШНЕЙ ВИЗУАЛЬНОЙ ОБ-

СТАНОВКИ ТРЕНАЖЕРА ТРАНСПОРТНОГО-

СРЕДСТВА (57) Изобретение относится к тренахсеростроению, а именно к оптико-электронным системам имитации внешней обстановки, и мокет быть использовано для визуализации картины окружающего и оптически сопрягающее выходной зрачок проекционного объектива с зоной расположения глаз обучаемого..При этом телепроектор снабжен блоком 20 сервоприводов перемещения по трем линейным координатам, а в состав имитатора введено наголовное приспособление 22 для обучаемого с укрепленными на нем реперными элементами 23. Внутри кабины установлены блоки дополнительно введенного измерителя 9 линейных перемещений реперных элементов наголовного приспособления, при этом выходы измерителя и выходы сервоприводов электрически связаны с устройством 5, При перемещении головы обучаемого подается команда на устройство 5, обеспечивающее пропорциональное перемещение телевизионного проектора 7, 2 ил.

3 1504659. пространства, предъявляемой операто- ру (водителю) в ходе обучения навыкам вождения и управления транспортными средствами. Цель изобретения— повышение точности работы и улучшение качества обучения навыкам вождения. Имитатор содержит кабину i тран" спортного средства с лобовым стеклом 4, креслом 2 обучаемого и органа" 10 ми 3 управления (вождения), сопряжен" ный с управляющим устройством 5 тренажера через генератор иэображения телевизионный проектор 7 с проекционным объективом 8 и установленный 15 перед лобовым стеклом кабины экран.

Проектор 7 развернут своей апертурой в сторону лобового стекла, на котором дополнительно нанесено светоделительное покрытие, изламывающее оптичес- 20. кую ось проектора в сторону экрана

Изобретение относится к тренажеростроению, а конкретно к оптико-электронным системам имитации внешней обстановки, и может быть использовано дитя визуализации картины окружающего 30 пространства, предъявляемой оператору (водителю} в ходе обучения навыкам вождения и управления транспортными средствами.

Цель изобретения " повышение точности имитации и улучшения качества обучения навыкам .вождения.

На фиг. 1 представлена конструктивно"функциональная схема имитатора внешней визуальной обстановки трена- $0 жера транспортного средства; на фиг. 2 " то же, функциональная блоксхема.

Имитатор содержит (фиг. 1) кабину 1 с креслом оператора 2 и .органами 3 уп-,15 равления и лобовым стеклом 4. Орга- . ны 3 управления (датчики рулевой колонки и педального механизма) электрически связаны с управляющим устройством тренажера 5, в которой реализованы математические модели динамики транспортного средства (включая ак 1елерационные перегрузки) и кинематики относительного перестроения внешней визуальной обстановки. Устройство 5 связано с генератором 6 изображения внешней визуальной обстановки, где производится синтез изображения, подлежащего предъявлению с помощью телевизионного проектора 7 и проекционно-, го объектива 8 на экране 9 имитатора.

Для имитации акцелерационнык перегрузок, действующих на человека-оператора в процессе вождения (вследствие вибраций, ускорений и т.п.) в тренажере установлены блоки и гидромеханические элементы 10 сервосистемы перегрузки.

На телепроектор могут быть поданы сигналы не только синтезированного изображения, но и с некоторой передающей телевизионной камеры (не показано ), выполняющие функцию генератора изображения, При этом передающая камера "осматривает" некоторый макет (муляж) окружающего пространства (местности), а управление ее перемещением осуществляется от 3BN 6, реализующей подпрограмму кинематики относительного перемещения.

Устройство 5 содержит (фиг. 2} собственно ЦВИ 11, например, "Классической" архитектуры, которая включает процессор 12, оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) 13, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) 14 и устройство 15 управления (УУ), связанные и взаимодействующие между собой согласно принципам функционирования ЦВМ.

Связь с органами управления 3, генератором изображения внешней визуальной обстановки 6 и сервосистемой

5 !5046 перегрузки !О выполнена в устройстве 5 через автономные устройства вво-. да-вывода 16, 17 и 18 соответственно.

Компоненты ЦВИ 11 и устройства 16, 17 и 18 ввода-вывода связаны между собой с устройством 5 посредсТвом мультиплексной шины 19.

Телепроектор 7 вкупе с проекцион1О ным объективом 8 дополнительно снабжен сервоприводами 20 для перемещения по линейным координатам (вверх — вниз, влево — вправо, вперед — назад), которые подсоединены к дополнительно введенному блоку сопряжения (устройству ввода — вывода) 21. Этот блок 21 выполнен, например в виде буферных

ЦАП, включенных в контуры цифровых следящих систем сервоприводов 20. Ин- 20 формация в этих регистрах обновляется по внутренним командам от устройства управления 15 ЦВМ 11.

Телепроектор 7 вкупе с проекционным объективом 8 развернуты своей 25 апертурой в сторону лобового стекла 4, на наружной плоскости которого нанесено светоделительное покрытие (не показано), изламывающее .световой поток в сторону экрана 9. Очевидно, что в некоторых случаях (например, для отрезания бликов от местного освещения пульта) указанное светоделительное покрытие может быть выполнено спектроделительным, Посредством этого светоделительного покрытия обеспечено как в статике, так и в динамике, оптическое сопряжение выходного зрачка объектива 8 и местоположения глаз обучаемого, т.е. объектив 8

40 и глаза обучаемого зеркально сопряжены светоделительным покрытием по отношению к экрану 9.

E состав устройства дополнительно введено надеваемое на голову обучае- 4 мого наголовное приспособление 22 (каска или шлем) с укрепленными на нем реперными элементами 23 (фотоприемники, светодиоды, триппель-призмы и т.п.). С этими реперными элементами 23 взаимодействуют блоки измерите. ля 9 линейных перемещений 24, который определяет текущие координаты реперных элементов (а значит и головы обучаемого ) относительно некоторых базовых конструкций кабины 1. Измеритель 24 электрически подсоединен к устройству 5 тренажера, а именно к введенному в ее состав дополнительно59 б му блоку 25 сопряжения (устройству ввода). Последнее может быть выполнено например, в виде буферного ОЗУ опрашиваемого по командам из ЦВЕ 11, Здесь. реализована подпрограмма вычислений, управляющая через блок сопряжения 2 компенсирующими движениями сервоприводов 20 и соответственно перемещениями телепроектора 7 с объективом 8.

Имитатор функционирует следующим образом.

Обучаемый на тренажере оператор, сидя в кресле 2 кабины 1, наблюдает иэображение на экране 9 имитатора.

В соответствии с концептуальной моделью управления в зависимости от наблюдаемой обстановки обучаемый воздействует на органы управления 3, сигналы от которых поступают в устройство 5, а именно через устройст во ввода 16 в IJBH 11, где реализована динамика движения и кинематика относительного перемещения местных предметов имитируемого внешнего простран- . ства. В соответствии с уравнениями, реализующими эту кинематику, от устройства 5 подаются сигналы в генератор 6 изображения внешней визуальной обстановки, где синтезируются текущее изображение местных предметов в соответствующих ракурсах и взаиморасположениях. Таким образом, на проекционной трубке телепроектора 7 воспроизводится синтезированное изображение совокупности местных предметов внешней обстановки, которое проекционным объективом 8 проецируется в сторону лобового стекла 4. Светоделительное (или спектроделительное) покрытие, нанесенное на наружной поверхности лобового стекла 4, изламывает световой поток и направляет его на экран 9, поверхность которого как и в известном устройстве выбрана по форме, уменьшающей аберрационные искажения, и удалена от глаз обучаемого на конечное расстояние. Расположение объектива выбрано таким образом, что его зрачок выхода оптически сопряжен по отношению к экрану 9 с текущим местоположением глаз обучаемого.

Осуществляя управленческие действия (тренируясь и приобретая навыки управления), обучаемый невольно или в соответствии со штатным алгоритмом взаимодействия с техническими средствами ТС отклоняет и/или поворачивает

1504659 голову в некоторой зоне перемещенюЪ, допускаемых снаряжением и рабочим, местом, Вместе с головой перемещается также наголовное приспособление 22 с укрепленными на нем реперными элементами 23. Взаимодействуя с последним пфсредством каких-либо физических полай (например, электромагнитных, акустических, оптико-локационных и т.п.), 10 блоки измерителя линейных перемещений 24 определяют линейные изменения тЕкущего положения головы обучаемого о1 исходного. Эти изменения в виде, например, электрических сигналов подфются в устройство 5, а именно через блок сопряжения 25 к ЦВМ 11, где проиЗводится пересчет в систему координат изображения, а затем и телепрое тора 7. На сервоприводы 20 последн го подаются от устройства 5, а именно.через блок сопряжения 21 сиг.. налы для перемещения телепроектора 7 с объективом 8 по координатам эквивалентно измеренным перемещениям голо- 25 . sQ (глаз) обучаемого. При необходимости возможна кинематическая связь (не показана) между сервоприводом, ответственным за перемещение телепроектора 7 вдоль оптической оси и проекционным объективом 8 для изменения величины заднего отрезка последнего с: целью автоматического поддержания резкости изображения на экране 9.

Таким образом осуществляется достаточно жесткая компенсационная связь между перемещениеМ головы обучаемого (@лево — вправо, вверх — вниз, вперед - назад) и движениями телепроектора 7 с объективом 8 (влево — впра40 во, назад — вперед, вверх — вниз, со ответственно, как показано на фиг.1), В результате такого текущего компенсационного сдвига телепроектора.7 с объективом 8 выходной зрачок последнего непрерывно оптически сопряжен с местоположением глаз обучаемого. Тем самым почти полностью исключены параллактические ошибки наблюдения иэображения местных предметов на экране, возникающие из-за конечной удаленности последнего.

Формула изобретения

Имитатор внешней визуальной обстановки тренажера транспортного средства, содержащий кабину транспортного средства с лобовым стеклом, креслом обучаемого и органами управления, телевизионный проектор с проекционным объективом, электрически связанный с управляющим устройством через генератор изображения, и экран, установленный перед лобовым стеклом кабины, отличающийся тем, что, с целью повышения точности работы и улучшения качества обучения навыкам вождения, он снабжен сервоприводами перемещения телевизионного проектора по трем линейным координатам, наголовным приспособлением для обучаемого с закрепленными на нем реперными элементами и установленными внутри кабины блоками измерителя линейных перемещений реперных элементов, электрически связанными с управляющим устройством, причем на лобовом стекле нанесено светоделительное покрытие, а ось телевизиЬнного проектора обращена в сторону лобового стекла, 1504659

Составитель В. Ионова

Редактор И. Сегляник Техред М.Ходанич Корректор H.Ìóñêà

Заказ 5255/49 Тираж 469 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.. Ужгород, ул. Гагарина, 101