培训车辆驾驶员的模拟驾驶系统.pdf

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摘要
申请专利号:

CN94105978.2

申请日:

1994.06.09

公开号:

CN1097884A

公开日:

1995.01.25

当前法律状态:

撤回

有效性:

无权

法律详情:

||||||公开

IPC分类号:

G09B9/04

主分类号:

G09B9/04

申请人:

李占武;

发明人:

李占武

地址:

071051河北省保定市百花路44号六中

优先权:

专利代理机构:

河北省专利事务所

代理人:

张贰群

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内容摘要

本发明提供了一种培训车辆驾驶员的模拟驾驶系统,其主要结构有带大屏幕显示器的模拟驾驶台,设有地形、景观、道路条件、标志、标线和信号的砂盘和可在砂盘上行驶的模型车,并具有电子自动控制装置。本发明模拟驾驶条件真实,驾驶培训不受外界条件影响。可对汽车、拖拉机、坦克车、装甲车等驾驶员进行各种驾驶条件的高难度强化训练,有利于在短期内培训出技术过硬的驾驶员,有效防止交通事故,可使培训时间缩短,费用降低。

权利要求书

1: 一种培训车辆驾驶员的模拟驾驶系统,其特征是:主要具有带大屏幕显示器的驾驶员模拟驾驶台,设有地形、景观、道路条件、标志、标线和信号的砂盘和可在砂盘上行驶的模型车,并具有驾驶员的模拟操作控制及模型车的行驶反馈的电子自动控制装置。
2: 根据权利要求1所述的车辆驾驶员的模拟驾驶系统,其特征是所述的大屏幕显示器,是黑白的或彩色的或液晶的或激光的或多显像屏组合式的,平面显像的,立体显像的,投影式的或直接利用人眼视网膜显像的成像装置,这些装置都设有伴音、音响设备。
3: 根据权利要求1所述的车辆驾驶员的模拟驾驶系统,其特征是所述的砂盘,是和模型车按比例缩小的某典型复杂交通系统的模型,该砂盘上有建筑物、自然景观,有驾驶员“道路驾驶”考试时的道路条件,如:信号灯、标志、标线,上下坡弯道,桥梁涵洞等,有可以转弯掉头的场地。也有适应现代交通状况的道路条件,如高速公路的出、入口,高速公路,还有可以产生风、雨、雪、雾及夜间会车等效果的装置。
4: 根据权利要求1所述的车辆驾驶员的模拟驾驶系统,其特征是所述的模拟驾驶台具有:车底盘及其支架,车底盘上设有驾驶室,驾驶室中设有仪表盘和灯光信号控制及鸣笛开关,驾驶员面前设有大屏幕显示器,方向盘通过传动机构和产生转向控制信号的元件相连;其动力机是调速电动机,速度(油门)踏板通过传动机构 和调压元件相连,调压元件和调速电动机相连,调速电动机动力输出轴通过离合器和变速箱相连,变速杆也和变速箱相连,变速箱与传动轴相连,传动轴通过传动机构和产生速度控制信号的测速发电机相连,制动踏板一方面和制动器相连,同时又通过传动机构和产生制动控制信号的元件相连;手制动杆和手制动器相连,离合器踏板和离合器相连。
5: 根据权利要求1、4所述的车辆驾驶员模拟驾驶系统,其特征是所述的调速电动机是:电磁调速电动机或磁粉耦合器加电动机,或可控硅调速电动机,或变频调速电动机,或直流调速电动机,或调压器加电动机。
6: 根据权利要求1所述的车辆驾驶员模拟驾驶系统,其特征是:所述的模拟驾驶台具有车底盘及其支架,车底盘上设有驾驶室,驾驶室中有仪表盘和灯光信号控制及鸣笛开关,驾驶员面前设有大屏幕显示器,方向盘通过传动机构和产生转向控制信号的元件相连;其动力机是内燃机,速度(油门)踏板通过传动机构和化油器相连,化油器和内燃机相连,内燃机动力输出轴通过离合器和变速箱相连,变速杆也和变速箱相连,变速箱与传动轴相连,传动轴通过传动机构和产生速度控制信号的测速发电机相连;制动踏板一方面和制动器相连,同时又通过传动机构和产生制动控制信号的元件相连。手制动杆和手制动器相连,离合器踏板和离合器相连。
7: 根据权利要求1所述的车辆驾驶员模拟驾驶系统,其特征是所述的模型车具有:车体、车轴、车轮、转向机构、制动机构、 装有前进方向的摄像机和后视装置,转向机构和控制转向的微电机相连,车轴通过传动装置与驱动并控制车速的微电机相连,车轴通过传动装置与测量车速的测速发电机相连,并设有电制动装置,灯光信号装置,车体上装有测量倾斜、颠簸及碰撞的元件(如传感器、开关等)。
8: 根据权利要求7所述的微电机是指:步进电机、伺服电机、力矩电机、直流电机、交流电机、调速电机等。所述的制动机构指:通过电磁铁拉紧制动轮上的制动带,或使用电信号使驱动电机制动。
9: 根据权利要求1所述的车辆驾驶员模拟驾驶系统,其特征是所述的电子自动控制装置有驾驶室中驾驶员的操作信号和模型车上的对该信号作出相关响应的执行部件,有模型车上的反应模型车各种状态的信号和模拟驾驶台上的对这些信号作出相关响应的执行部件,有对上述的所有信号进行综合运算处理的模拟电路和或数字电路,驾驶室中的灯光,鸣笛开关由驾驶员操纵,并通过电缆直接去控制模型车上的灯光信号和喇叭,驾驶员脚踏速度(油门)踏板,通过动力机、离合器、变速箱、使传动轴改变转速和旋转方向,此时和传动轴相连的测速发电机则产生相应信号,该信号经综合运算处理电路后,通过电缆送往模型车上的伺服电动机,伺服电动机通过传动装置,驱动车轴而使模型车前进后退,改变行驶速度。模型车的轴上连接的测速发电机产生相应信号,该信号经处理电路后,通过电缆送往驾驶室中的仪表,以显示车速;驾驶员操纵的制动脚踏板,即控制着传动轴的制动,同时又通过传动装置使制动信号发 生元器件(如电位器等)产生相应信号,该信号经运算处理电路后,通过电缆送往模型车上的制动执行元件,以使模型车制动;驾驶员操纵的方向盘通过传动装置使转向信号发生元件(如电位器等)产生相应信号,该信号经运算处理电路后,通过电缆送往模型车上的步进电机,步进电机通过传动装置控制模型车的转向;模型车的动态状况,如摄像机“看到”的信号、标志、标线、障碍物以及教官临时设置的突发情况等,模型车前进、后退的方向方位,快慢等,路面平与不平,车身倾料、颠簸、碰撞等,由摄像机产生信号,该信号经处理电路后,通过电缆送往驾驶室中的大屏幕显示器,供驾驶员观察。模型车发生倾斜、颠簸、碰撞时,由车体上的相关传感器、碰撞开关产生相应信号,该信号经综合运算处理电路后,通过电缆送往模拟驾驶台上的液压装置,气动装置或电动装置或机械装置,这些装置使模拟驾驶台相应的倾斜、颠簸、振动惯性冲击,以使驾驶员有真实的感受;驾驶员根据从大屏幕上的观察和亲身的感受,作出相应的操作反映,随时修正自己的驾驶姿态,以使车辆正常行驶;电路还可以采取无线遥控电路,模拟驾驶台上和模型车上都设有发射装置和接收装置;总电源由电力电缆提供,各控制电路的电源由稳压电源供给和或由电池供给;这样由“驾驶员-操作信号-综合运算处理电路-模型车-摄像、测速、传感等信号-另一部分综合运算处理电路-模拟驾驶台和大屏幕显示器-驾驶员-新的操作信号”而构成一个闭环的稳定系统。
10: 根据权利要求1、2、3、4、5、6、7、8或9所 述的车辆驾驶员模拟驾驶系统,其特征是所述的模拟驾驶台支架上装有可使车体倾斜、颠簸,表示惯性冲击的液压装置,气动装置或电动装置或机械装置。在模型车体上装有测量模型车倾斜、颠簸,及碰撞的元件(如传感器、开关等)。

说明书


本发明属于汽车或包含使用模型车辆的系统技术领域。

    目前,汽校培训车辆(汽车、拖拉机)驾驶员,都是在一个很大的场地,使用多辆汽车,每辆车的学员配合一名教官的形式进行,这种培训方式:(1)占地面积大,(2)即费油又费车,(3)训练科目少,不易进行高难度训练,(4)培训时间长,(5)培训费用高。

    随着我国社会进步,车辆数量猛增,即便再增加培训学校,由于采用传统的培训方式,培训时间长(国家规定半年)培训费用高,训练科目少,不仅对驾驶员的数量上,还是质量上,都远不能满足社会的需求。

    本发明的目的是提供一种现代化的培训设备-车辆驾驶员的模拟驾驶系统,使用该设备培训,模拟驾驶逼真,安全可靠,占地面积小,不仅可方便的对驾驶员进行各种条件的高难度强化训练,大大提高培训速度和质量,而且可使培训费用大大降低。

    本发明是这样实现的:

    一种培训驾驶员的模拟驾驶系统,主要具有带大屏幕显示器的驾驶员模拟驾驶台,设有地形、景观、道路条件、标志、标线和信号的砂盘和可在砂盘上行驶地模型车,并具有驾驶员的模拟操作控制及模型车的行驶反馈的电子自动控制装置。

    所述的大屏幕显示器,是黑白的或彩色的或液晶的或激光的或多显像屏组合式的,平面显像的,立体显像的,投影式的或直接利用人眼视网膜显像的成像装置,这些装置都设有伴音、音响设备。

    所述的砂盘,是和模型车按比例缩小的某典型复杂交通系统的模型,该砂盘上有建筑物、自然景观,有驾驶员“道路驾驶”考试时的道路条件,如:信号灯、标志、标线,上下坡弯道,桥梁涵洞等,有可以转变掉头的场地。也有适应现代交通状况的道路条件,如高速公路的出、入口,高速公路,还有可以产生风、雨、雪、雾及夜间会车等效果的装置。

    所述的模拟驾驶台具有:车底盘及其支架,车底盘上设有驾驶室,驾驶室中设有仪表盘和灯光信号控制及鸣笛开关,驾驶员面前设有大屏幕显示器,方向盘通过传动机构和产生转向控制信号的元件相连;其动力机是调速电动机,速度(油门)踏板通过传动机构和调压元件相连,调压元件和调速电动机相连,调速电动机动力输出轴通过离合器和变速箱相连,变速杆也和变速箱相连,变速箱与传动轴相连,传动轴通过传动机构和产生速度控制信号的测速发电机相连,制动踏板一方面和制动器相连,同时又通过传动机构和产生制动控制信号的元件相连;手制动杆和手制动器相连,离合器踏板和离合器相连。

    所述的调速电动机是:电磁调速电动机或磁粉耦合器加电动机,或可控硅调速电动机,或变频调速电动机,或直流调速电动机,或调压器加电动机。

    所述的模拟驾驶台具有车底盘及其支架,车底盘上设有驾驶室,驾驶室中有仪表盘和灯光信号控制及鸣笛开关,驾驶员面前设有大屏幕显示器,方向盘通过传动机构和产生转向控制信号的元件相连;其动力机是内燃机,速度(油门)踏板通过传动机构和化油器相连,化油器和内燃机相连,内燃机动力输出轴通过离合器和变速箱相连,变速杆也和变速箱相连,变速箱与传动轴相连,传动轴通过传动机构和产生速度控制信号的测速发电机相连;制动踏板一方面和制动器相连,同时又通过传动机构和产生制动控制信号的元件相连。手制动杆和手制动器相连,离合器踏板和离合器相连。

    所述的模型车具有:车体、车轴、车轮、转向机构、制动机构、装有前进方向的摄像机和后视装置,转向机构和控制转向的微电机相连,车轴通过传动装置与驱动并控制车速的微电机相连,车轴通过传动装置与测量车速的测速发电机相连,并设有电制动装置,灯光信号装置,车体上装有测量倾斜、颠簸及碰撞的元件(如传感器、开关等)。

    所述的微电机是指:步进电机、伺服电机、力矩电机、直流电机、交流电机、调速电机等。所述的制动机构指:通过电磁铁拉紧制动轮上的制动带,或使用电信号使驱动电机制动。

    所述的电子自动控制装置有驾驶室中驾驶员的操作信号和模型车上的对该信号作出相关响应的执行部件,有模型车上的反应模型车各种状态的信号和模拟驾驶台上的对这些信号作出相关响应的执行部件,有对上述的所有信号进行综合运算处理的模拟电路和或数字电路,驾驶室中的灯光,鸣笛开关由驾驶员操纵,并通过电缆直接去控制模型车上的灯光信号和喇叭,驾驶员脚踏速度(油门)踏板,通过动力机、离合器、变速箱、使传动轴改变转速和旋转方向,此时和传动轴相连的测速发电机则产生相应信号,该信号经综合运算处理电路后,通过电缆送往模型车上的伺服电动机,伺服电动机通过传动装置,驱动车轴而使模型车前进后退,改变行驶速度。模型车的轴上连接的测速发电机产生相应信号,该信号经处理电路后,通过电缆送往驾驶室中的仪表,以显示车速;驾驶员操纵的制动脚踏板,即控制着传动轴的制动,同时又通过传动装置使制动信号发生元器件(如电位器等)产生相应信号,该信号经运算处理电路后,通过电缆送往模型车上的制动执行元件,以使模型车制动;驾驶员操纵的方向盘通过传动装置使转向信号发生元件(如电位器等)产生相应信号,该信号经运算处理电路后,通过电缆送往模型车上的步进电机,步进电机通过传动装置控制模型车的转向;模型车的动态状况,如摄像机“看到”的信号、标志、标线、障碍物以及教官临时设置的突发情况等,模型车前进、后退的方向方位,快慢等,路面平与不平,车身倾料、颠簸、碰撞等,由摄像机产生信号,该信号经处理电路后,通过电缆送往驾驶室中的大屏幕显示器,供驾驶员观察。模型车发生倾斜、颠簸、碰撞时,由车体上的相关传感器、碰撞开关产生相应信号,该信号经综合运算处理电路后,通过电缆送往模拟驾驶台上的液压装置,气动装置或电动装置或机械装置,这些装置使模拟驾驶台相应的倾斜、颠簸、振动惯性冲击,以使驾驶员有真实的感受;驾驶员根据从大屏幕上的观察和亲身的感受,作出相应的操作反映,随时修正自己的驾驶姿态,以使车辆正常行驶;电路还可以采取无线遥控电路,模拟驾驶台上和模型车上都设有发射装置和接收装置;总电源由电力电缆提供,各控制电路的电源由稳压电源供给和或由电池供给;这样由“驾驶员-操作信号-综合运算处理电路-模型车-摄像、测速、传感等信号-另一部分综合运算处理电路-模拟驾驶台和大屏幕显示器-驾驶员-新的操作信号”而构成一个闭环的稳定系统。

    所述的模拟驾驶台支架上装有可使车体倾斜、颠簸,表示惯性冲击的液压装置,气动装置或电动装置或机械装置。在模型车体上装有测量模型车倾斜、颠簸,及碰撞的元件(如传感器、开关等)。

    本发明具有下述的突出优点:1、占地面积小;2、培训不受外界条件的影响;3、模拟驾驶逼真,可进行各种驾驶条件的高难度训练,有利于提高培训质量;4、培训速度快;5、其动力机为调速电动机时,每小时耗电才几度,其动力机为内燃机时,因是空载运转,故其功率是原汽车发动机功率的1/10-1/5即可,故而节能明显;6、模拟驾驶台可用废旧车改装制成,故投资省;7、培训费用大大降低;8、适用范围广,可用于汽车、拖拉机、坦克车或装甲车等特种车辆驾驶员的培训。

    以下结合实施例及附图作进一步详细描述。

    图1是本发明汽车模拟驾驶系统示意图。

    图2是电动力模拟驾驶台结构示意图。

    图3是模型车结构示意图。

    图4是典型复杂交通系统砂盘构造示意图。

    图5是模拟系统电原理图。

    图1中,1为支架,2为驾驶室,3为大屏幕显示器,4为电缆,5为电子自控装置,6为教官出题控制装置,7为电源装置,8为模型车,9为交通系砂盘,10为螺旋弹性电缆,11为支撑物,12为摄像机。

    图2中,13为车底盘,电动机14和调速器15相连,调速器动力轴17通过联轴结18和离合器19相连,离合器19和变速杆36都与变速箱41相连,变速箱输出的传动轴35通过齿轮组32、34控制测速发电机33的转速和旋转方向,以产生前进或后退的速度信号,速度(油门)脚踏板37通过齿条38、齿轮39控制调压器40,调压器的信号通过运算放大处理电路42送往调速器15,从而控制动力轴17的转速。16为大屏幕显示器,20为仪表盘,23为驾驶室,方向盘22通过齿轮组24、21控制电位器26以产生转向信号。离合器脚踏板25通过传动机构控制离合器19。制动器脚踏板28一方面控制着传动轴35的制动,另一方面通过齿条31、齿轮30控制电位器27以产生制动信号。43为支撑物,44为液压装置,45为轴承,46为支架,47为复位弹簧。

    图3中,48为前保险杠,它和前碰撞开关75相连,52为摄像机,53为合页,54为灯光信号,55为后视装置。步进电机56通过蜗杆50和蜗轮51控制前轮49的转向,伺服电机59通过齿轮60、65、链条61驱动车轴63和车轮62前进、后退,制动电磁铁58可带动刹车带66,使制动轮67、轴63、轮62制动,和轴连动的齿轮70通过链条69、齿轮68带动测速发电机73转动,以产生车速信号,71为后保险杠,它和后碰撞开关72相连,74为车体平衡传感器,57为电缆集中处。

    图4中:76为模型车,77为训练起始处及掉头场地,78为可任意摆放的积木式建筑物模型,79为十字路口,80为交通信号灯,81为“风、雨、雾、雪”发生器,82为可任意摆放的积木式的各种交通标志,83为可任意摆放的铁路道口模型,84为可控制的照明灯,85为可任意摆放的桥梁模型,86为可任意摆放的障碍物模型,87为高速公路,88为可任意摆放的花草树木模型,89为可任意摆放的上、下坡模型,90为可任意摆放的无顶函洞模型,91为不可移动障碍物模型,92为可防止电缆单方向缠绕的环形岛。

    图5中,各运算放大处理、A/D转换及信号综合处理电路,用一般的控制电路即可实现。

    训练时,学员坐在驾驶室内操纵“不动的车”向前看大屏幕显示器,学员驾车的各种动作,均有相应的电子线路变成特定的指令信号传送到自动控制装置,由他进行综合处理后,再把指令信号传送到模型车上相关的执行机构,模型车则按接收到的指令信号在砂盘上动作,车上的灯光部件,行走部件,转向部件,制动部件等均与驾驶员做出的操纵姿态相应的动作。其前端的摄像镜头把“看到”的景物送到大屏幕显示器,学员就像真的在公路上驾驶一样,会看到交通信号、标志、标线等及所行驶的天气、路况、黑夜、白天等,此时教官也可依据训练计划设置一些突发情况,学员可根据以上种种现象,做出具体判断,排除突发故障,使车辆正常行驶,模型车的有关信号如:车速、方位、倾斜、颠簸、碰撞等信号也传送到自动控制装置,经它处理后,再送往驾驶室、底盘、仪表盘及大屏幕显示器,使学员产生亲身的感受,以使随时修正自己的操纵姿态。培训车辆驾驶员的模拟系统,可全部安装在50-100平方米的室内,可以全天候地进行训练,在本系统内可以模拟几乎所有的交通信号,交通标志,标线,模拟复杂的道路,上坡、下坡、弯道、桥梁、涵洞等,模拟现代交通道路,高速公路入口、出口等,模拟特殊的天气路况,如:风、雨、雪、雾、有障碍物等,模拟夜间行车、会车等,还可以由教官设置突发情况,使学员在短期内就受到各种状态的强化训练,提高各种应变能力,以达到训练的预期目的。

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本发明提供了一种培训车辆驾驶员的模拟驾驶系统,其主要结构有带大屏幕显示器的模拟驾驶台,设有地形、景观、道路条件、标志、标线和信号的砂盘和可在砂盘上行驶的模型车,并具有电子自动控制装置。本发明模拟驾驶条件真实,驾驶培训不受外界条件影响。可对汽车、拖拉机、坦克车、装甲车等驾驶员进行各种驾驶条件的高难度强化训练,有利于在短期内培训出技术过硬的驾驶员,有效防止交通事故,可使培训时间缩短,费用降低。 。

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