Czytaj całość (pobierz plik)

Transkrypt

111
Experimental determination of perceptible acceleration of a driving simulator ...
A
B
Fig. 2. Structure of the test stand for analysing motion of a driving simulator for people
with disabilities
Sensors for measurements were attached to the tested object in three characteristic
points: on the Stewart platform – sensor 1, on headrest of the driver's seat – sensor 2, and on
front bumper of simulator body – sensor 3 (Fig. 3).
112
Gabriel KOST, Andrzej DYMAREK, Tomasz DZITKOWSKI
Fig. 3. Tested object and points of attaching sensors
Tests were conducted for the following events in simulator operation:
acceleration to 60 km/h, concluded with braking to stop,
acceleration to 90 km/h, concluded with braking to stop,
acceleration to 130 km/h and braking to 100 km/h,
driving along an arc at 50 km/h.
3. COMPARATIVE STUDIES
In order to compare the results of tests carried out on the real object and on the
simulator, four events of operation of each of the systems were selected, these events having
identical acceleration characteristics:
linear acceleration during driving simulation at up to 60 km/h concluded with
braking to stop, depicted in Figs. 4 and 5 (event 1),
Fig. 4. Acceleration of the real system
a)
b)
c)
Fig. 5. Acceleration of the simulator system a) sensor 1 b) sensor 2 c) sensor 3
113
114
linear acceleration during driving simulation at up to 130 km/h and braking
from maximum speed down to 100 km/h, depicted in Figs. 6 and 7 (event 2),
Fig. 6. Acceleration characteristics in the real system
a)
b)
c)
115
linear acceleration during driving simulation along an arc at 50 km/h, depicted
in Figs. 8 and 9 (event 3),
a)
b)
c)
116
linear acceleration during driving simulation at 90 km/h, depicted in Figs. 10
and 11 (event 4).
a)
b)
c)
117
Based on the results recorded during the experiment, it was found that the load
directions occurring during the simulation are consistent with those expected - observation
and analysis of the obtained acceleration characteristics showed high similarity of the shape
of the acceleration components with the characteristics obtained during tests on the real
object. The tuning of the simulator should be effected through the amplification of
acceleration signal acting upon it in order to create sensible loads as close to the real ones as
possible. Table 1 lists the maximum and minimum values of acceleration read from graphs in
Figs. 4 - 11.
Table 1. Extreme values of acceleration
Event
Real system
Simulator
Max. (m/s2)
Min. (m/s2)
Max. (m/s2)
Min. (m/s2)
1
2.2
-6
0.8
-1.4
2
2.5
-3
0.6
-1.2
3
0.4
-6
0.2
-0.4
4
6.4
-4
0.4
-0.7
Finally, it is concluded that the simulator drives meet the set requirements of
reproducing motion of a real system in the simulator motion. The sensations of the simulator
user, however, are much milder than in a real system. The conducted tests confirmed the
correctness of the structure and its control, and the only quantity that enhanced sensations
when using the simulator was its acceleration.
4. CONCLUSIONS
The goal of the conducted tests was to gather information on the behaviour of a
moving simulator. The simulator was tested under various operating conditions: acceleration
to 60 km/h, concluded with braking to stop; acceleration to 90 km/h, concluded with braking
to stop; acceleration to 130 km/h and braking to 100 km/h; driving along an arc at 50 km/h.
As the result of measurements made during the experiment it was found that:
the load directions occurring during the simulation are consistent with those
expected - observation and analysis of the obtained acceleration characteristics
showed high similarity of the shape of the acceleration components with the
characteristics obtained during tests on the real object,
the tuning of the simulator should be effected through the amplification of
acceleration signal acting upon it in order to create sensible loads as close to
the real ones as possible.
The obtained results of behaviour study of characteristic components of the simulator
form a data set to be used at the stage of testing, adjusting and tuning of subsystems of a
mechatronic integrator of control procedures for a vehicle simulator for people with
disabilities.
118
6. REFERENCES
[1]
Bana W., Dymarek A., Dzitkowski T., Gołda G., Herbu K., Kost G., Ociepka P.:
Simulator for teaching how to drive a car for people with disabilities. International
Scientific and Engineering Conference – Automation Problems Ideas Solutions.
Sevastopol 2011, pp. 91-92.
[2]
Bana W., Dymarek A., Dzitkowski T., Herbu K., Kost G., Ociepka P., Reclik D.:
Experimental determination of perceptible acceleration exerted on the driver of a
passenger car. 18th International Scientific and Engineering Conference - MachineBuilding and Technosphere on the Border of the XXI Century, Donetsk – Sevastopol
2011, Vol. 4, pp. 14-17.
[3]
Concept of a simulator for teaching how to drive a car for people with disabilities. 18th
International Scientific and Engineering Conference - Machine-Building and
Technosphere on the Border of the XXI Century, Donetsk – Sevastopol 2011, Vol. 4,
pp. 10-14.
[4]
Ociepka P., Herbu K., Dymarek A., Dzitkowski T.: Koncepcja symulatora do nauki
jazdy samochodem dla osób niepełnosprawnych. Wybrane Problemy Inynierskie.
2011, pp. 293-298.
[5]
Kost G., Reclik D., Bana W., Dzitkowski T., Dymarek A., Ociepka P., Herbu K.,
Gołda G.: Koncepcja symulatora do nauki jazdy samochodem dla osób
niepełnosprawnych: załoenia systemu, okrelenie wymaganych przyspiesze
metodami eksperymentalnymi w ruchu ulicznym. Pomiary Automatyka Robotyka.
2/2012, p. 89.
[6]
Dymarek A., Dzitkowski T., Herbu K., Kost G., Ociepka P.: Determination of
Acceleration of a Car’s Passenger as the Base for Designing of a Simulator for how to
Drive a Car for Disabled People. Lecture Notes in Information Technology, Vol. 15,
2012, pp. 439-442.
[7]
Dymarek A., Dzitkowski T., Herbu K., Kost G., Ociepka P.: Geometric analysis of
motions exercised by the Stewart platform. Advanced Materials Research. Vol. 837,
2014, pp. 351-356.
[8]
Dymarek A., Dzitkowski T., Herbu K., Kost G., Ociepka P.: The Simulator for
Teaching How to Drive a Car for People with Disabilities. Solid State Phenomena, Vol.
198, 2013, pp. 427-432.
[9]
Dymarek A., Dzitkowski T.: The Inverse Problem of Kinematics as the Tool for
Determination of Motion Trajectories Exercised by Worm Drives of a Stewart
Platform. Advanced Materials Research. Vol. 837, 2014, pp. 357-362.
EXPERIMENTAL DETERMINATION OF PERCEPTIBLE ACCELERATION
OF A CAR SIMULATOR FOR PEOPLE WITH DISABILITIES
Abstract: This paper presents the results of experimental determination of actual accelerations in a car
simulator in typical traffic situations. Key physical quantities were measured in characteristic points of the
simulator during acceleration, braking, turning, changing lanes, etc.
Keywords: simulator, Stewart platform, parallel robot.
(35) nr 2, 2014
99
Szybkobiene Pojazdy Gsienicowe
Gabriel KOST
Andrzej DYMAREK
Tomasz DZITKOWSKI
BADANIA DOWIADCZALNE RZECZYWISTYCH
PRZYSPIESZE SYMULATORA
JAZDY DLA OSÓB NIEPEŁNOSPRAWNYCH
Streszczenie. W artykule zaprezentowano wyniki bada dowiadczalnych rzeczywistych przyspiesze
symulatora samochodu w przypadku typowych sytuacji drogowych. Kluczowe wielkoci fizyczne zmierzono
w charakterystyczny punktach symulatora podczas przyspieszania, hamowania i kierowania - zmiany toru jazdy
itp.
Słowa kluczowe: symulator, platforma Stewarta, robot równoległy.
1. WPROWADZENIE
Cało prac nad projektem mechatronicznego integratora procedur sterowania
symulatora pojazdu dla osób niepełnosprawnych rozpoczto od ogólnego rozplanowania prac
projektowych. W tym celu przygotowano zarys struktury funkcjonalnej z uwzgldnieniem
niezbdnych podsystemów, których obecno w tworzonym stanowisku jest konieczna [1-9].
Efekt kocowy opracowanej i wdroonej struktury symulatora pokazano na rys. 1.
Rys. 1. Model wybranej koncepcji stanowiska symulatora
Podukłady symulatora:
1 - platforma Stewarta wraz z zamontowan karoseri samochodu Fiat Panda, 2 - układ trzech sztywnych
ekranów i rzutników zamocowany na stelau, 3 - sztywny ekran tylny, 4 - winda umoliwiajca wsiadanie do
samochodu, 5 - stanowisko instruktora, 6 - ogrodzenie zabezpieczajce stanowisko symulatora,
7 - pomieszczenie umiejscowienia symulatora.
dr hab. in. Gabriel KOST, prof. nzw w Pol. l., dr in. Andrzej DYMAREK, dr in. Tomasz DZITKOWSKI
– Politechnika lska, Gliwice
100
Wszystkie interakcje pomidzy wyselekcjonowanymi elementami składowymi
spotykaj si w czci centralnej, któr stanowi nadrzdny komputer sterujcy, pozwalajcy
na prac w systemie czasu rzeczywistego.
Analizowany w pracy symulator ma umoliwi osobom niepełnosprawnym wirtualn
jazd pojazdem przystosowanym do ich dysfunkcji w warunkach dla nich i dla otoczenia
bezstresowych i bezpiecznych. Obserwacja oraz analiza zachowania kursanta podczas jazdy
symulatorem pozwoli wstpnie zweryfikowa jego umiejtnoci i moliwoci kierowania
samochodem. Zapewni to maj warunki treningu jak najbardziej zblione do rzeczywistych
warunków panujcych na drodze, w tym równie odczucia zwizane z przecieniami
wystpujcymi w czasie jazdy. Niniejszy artykuł prezentuje porównanie wyników pomiarów
wielkoci kinematycznych zarejestrowanych podczas jazdy samochodem osobowym na
drodze [2, 6], z wynikami bada dowiadczalnych mechatronicznego integratora w trakcie
symulacji jazdy pojazdu.
2. OBIEKT BADA
Obiektem bada jest zbudowany symulator do nauki jazdy samochodem dla osób
niepełnosprawnych przedstawiony na rysunku 1. Ponadto w skład stanowiska wchodz
urzdzenia pomiarowe:
system czujników słucych do rejestracji takich wielkoci kinematycznych,
jak rotacja wzgldem trzech osi współrzdnych, przyspieszenie wzgldem
głównych osi układu. Zalet proponowanego systemu czujników jest
synchronizowany czas działania oraz moliwo pomiaru a 6 wielkoci
kinematycznych przez kady czujnik z osobna. Układ pomiarowy czujników
moe by podłczony do przenonego urzdzenia rejestrujcego
i przetwarzajcego dane (rys.2B),
układ szybkiej kamery do rejestracji ruchu o czstotliwoci 1000 Hz wraz
z komputerem przenonym słucym do rejestracji danych w formie obrazu
oraz jego przetwarzania na dane potrzebne do analizy ruchu platformy oraz
zachowania osoby kierujcej pojazdem) (rys.2A).
Celem przeprowadzonej analizy kinematycznej jest rejestracja ruchów
charakterystycznych punktów symulatora. Zarejestrowane rzeczywiste wielkoci
kinematyczne umoliwi okrelenie zachowania symulatora, dostrojenie napdów do
wybranych symulacji platformy symulatora do nauki jazdy dla osób niepełnosprawnych.
Ponadto stanowisko badawcze dostarczy równie informacji odnonie do obcie
działajcych na nadwozie samochodu, jak równie na osob kierujc pojazdem. Informacje
takie bd wanym elementem wykorzystanym w analizie niepodanych oddziaływa
zarejestrowanych podczas wybranych symulacji.
101
Badania dowiadczalne rzeczywistych przyspiesze symulatora jazdy …
A
B
Rys. 2. Struktura stanowiska badawczego do analizy ruchu symulatora do nauki jazdy
dla osób niepełnosprawnych
Czujniki w trakcie pomiarów zamocowano na badanym obiekcie w trzech
charakterystycznych punktach: na ramie platformy Stewarta – czujnik 1, na zagłówku
siedzenia kierowcy – czujnik 2 oraz na przednim zderzaku karoserii symulatora – czujnik 3
(rysunek 3).
102
Rys. 3. Analizowany obiekt oraz miejsca zamocowania czujników
Badania przeprowadzono dla nastpujcych zdarze pracy symulatora:
przyspieszenie do prdkoci 60 km/h, w kocowej fazie ruchu hamowanie do
zatrzymania,
przyspieszenie do prdkoci 90 km/h, w kocowej fazie ruchu hamowanie do
zatrzymania,
przyspieszenie do prdkoci 130 km/h oraz przyhamowanie do prdkoci 100
km/h,
jazda po łuku z prdkoci 50 km/h.
3. BADANIA PORÓWNAWCZE
W celu porównania wyników bada przeprowadzonych na obiekcie rzeczywistym
i symulatorze, wybrano po cztery identyczne zdarzenia pracy obu układów, opisane za
pomoc charakterystyk przyspiesze:
przyspieszania liniowe w trakcie symulacji jazdy z prdkoci do 60 km/h w
kocowej fazie ruchu hamowanie do zatrzymania przedstawione na rys. 4 i 5
(zdarzenie 1),
103
Rys. 4. Przyspieszenia układu rzeczywistego
a)
b)
c)
Rys. 5. Przyspieszenia dla układu symulatora a) czujnik 1 b) czujnik 2 c) czujnik 3
104
przyspieszenie liniowe w trakcie symulacji jazdy z prdkoci 130 km/h oraz
hamowanie od prdkoci maksymalnej do 100 km/h przedstawione na rys. 6 i
7 (zdarzenie 2),
Rys. 6. Charakterystyka przyspiesze dla układu rzeczywistego
a)
b)
c)
105
przyspieszenia liniowe w trakcie symulacji jazdy po łuku z prdkoci 50 km/h
przedstawione na rys. 8 i 9 (zdarzenie 3),
a)
b)
c)
106
przysieszenia liniowe w trakcie symulacji jazdy z prdkoci 90 km/h
przedstawione na rys. 10 i 11 (zdarzenie 4).
a)
b)
c)
107
Na podstawie wyników bada zarejestrowanych w czasie przeprowadzonego
eksperymentu stwierdzono, e kierunki przecie wystpujcych w trakcie symulacji s
zgodne z oczekiwanymi - obserwacja oraz analiza otrzymanych charakterystyk przypiesze,
wykazała due podobiestwo kształtu składowych przyspiesze z charakterystykami
otrzymanymi podczas bada na obiekcie rzeczywistym. Dostrojenie symulatora powinno
nastpi poprzez wzmocnienie sygnału przyspiesze oddziaływujcych na niego, w celu
zapewnienia odczuwalnych obci jak najbardziej zblionych do rzeczywistych. W tablicy 1
zestawiono wartoci max. i min. przyspiesze odczytane z wykresów z rysunków 4 - 11.
Tablica 1. Ekstremalne wartoci przyspiesze
zdarzenie
Układ rzeczywisty
Symulator
Max. [m/s2]
Min. [m/s2]
Max. [m/s2]
Min. [m/s2]
1
2.2
-6
0,8
-1,4
2
2,5
-3
0,6
-1,2
3
0,4
-6
0,2
-0,4
4
6,4
-4
0,4
-0,7
Ostatecznie stwierdza si, e napdy symulatora spełniaj załoenia odnonie do
odwzorowania ruchu układu rzeczywistego na ruch symulatora. Jednak odczucia osoby
korzystajcej z symulatora s duo mniejsze ni w układzie rzeczywistym. Przeprowadzone
badania potwierdzaj poprawno wykonania konstrukcji wraz z jej sterowaniem, a jedyn
wartoci poprawiajc odczucia podczas uytkowania symulatora jest jego przyspieszenie.
4. WNIOSKI
Przeprowadzone badania miały na celu uzyskanie informacji o zachowaniu symulatora
podczas jego ruchu. Dla rónych warunków pracy symulatora: przyspieszenie do prdkoci
60 km/h, w kocowej fazie ruchu hamowanie do zatrzymania, przyspieszenie do prdkoci
90 km/h, w kocowej fazie ruchu hamowanie do zatrzymania, przyspieszenie do prdkoci
130 km/h oraz przyhamowanie do prdkoci 100 km/h, jazda po łuku z prdkoci 50 km/h,
wygenerowano wartoci przypiesze.
W wyniku zarejestrowanych pomiarów w czasie przeprowadzonego eksperymentu
stwierdzono, e:
kierunki przecie wystpujcych w trakcie symulacji s zgodne
z oczekiwanymi - obserwacja oraz analiza otrzymanych charakterystyk
przypiesze, wykazała due podobiestwo kształtu składowych przyspiesze
z charakterystykami otrzymanymi podczas bada na obiekcie rzeczywistym,
dostrojenie symulatora powinno nastpi poprzez wzmocnienie sygnału
przyspiesze oddziaływujcych na niego, w celu zapewnienia odczuwalnych
obcie jak najbardziej zblionych do rzeczywistych.
Otrzymane wyniki zachowania charakterystycznych elementów symulatora stanowi
baz danych wykorzystanych na etapie testowania, dopasowania i dostrojenia podsystemów
mechatronicznego integratora procedur sterowania symulatora pojazdu dla osób
niepełnosprawnych.
108
6. LITERATURA
[1]
Simulator for teaching how to drive a car for people with disabilities. International
Scientific and Engineering Conference – Automation Problems Ideas Solutions.
Sevastopol 2011. pp. 91-92.
[2]
Bana W., Dymarek A., Dzitkowski T., Herbu K., Kost G., Ociepka P., Reclik D.:
Experimental determination of perceptible acceleration exerted on the driver of a
passenger car. 18th International Scientific and Engineering Conference - MachineBuilding and Technosphere on the Border of the XXI Century, Donetsk – Sevastopol
2011, Vol. 4. pp. 14-17.
[3]
Concept of a simulator for teaching how to drive a car for people with disabilities. 18th
International Scientific and Engineering Conference - Machine-Building and
Technosphere on the Border of the XXI Century, Donetsk – Sevastopol 2011, Vol. 4.
pp. 10-14.
[4]
Ociepka P., Herbu K., Dymarek A., Dzitkowski T.: Koncepcja symulatora do nauki
jazdy samochodem dla osób niepełnosprawnych. Wybrane Problemy Inynierskie.
2011, s. 293-298.
[5]
Kost G., Reclik D. , Bana W., Dzitkowski T., Dymarek A., Ociepka P., Herbu K.,
Gołda G.: Koncepcja symulatora do nauki jazdy samochodem dla osób
niepełnosprawnych: załoenia systemu, okrelenie wymaganych przyspiesze metodami
eksperymentalnymi w ruchu ulicznym. Pomiary Automatyka Robotyka. 2/2012, s. 89.
[6]
Dymarek A., Dzitkowski T., Herbu K., Kost G., Ociepka P.: Determination Of
Acceleration Of A Car’s Passenger As The Base For Designing Of A Simulator For
How To Drive A Car For Disabled People. Lecture Notes in Information Technology,
Vol. 15, 2012, pp.439-442.
[7]
Dymarek A., Dzitkowski T., Herbu K., Kost G., Ociepka P.: Geometric analysis of
motions exercised by the Stewart platform. Advanced Materials Research. Vol. 837,
2014, pp. 351-356.
[8]
Dymarek A., Dzitkowski T., Herbu K., Kost G., Ociepka P.: The Simulator for
Teaching How to Drive a Car for People with Disabilities. Solid State Phenomena, Vol.
198, 2013, pp. 427-432.
[9]
Dymarek A., Dzitkowski T.: The Inverse Problem of Kinematics as the Tool for
Determination of Motion Trajectories Exercised by Worm Drives of a Stewart
Platform. Advanced Materials Research. Vol. 837 ,2014, pp. 357-362.
EXPERIMENTAL DETERMINATION OF PERCEPTIBLE ACCELERATION
OF A CAR SIMULATOR
FOR PEOPLE WITH
DISABILITIES
EXPERIMENTAL
DETERMINATION
OF PERCEPTIBLE
ACCELERATION OF A DRIVING SIMULATOR FOR PEOPLE WITH
DISABILITIES
Abstract: This paper presents the results of experiments on car simulator: accelerations in typical
traffic situations. Acceleration was measured in characteristic points of the simulator when starting, accelerating,
braking, turning, changing lanes, etc.
Abstract.
This
paper presents
the resultsparallel
of experimental
determination of actual accelerations in a
Key words:
simulator,
Stewart platform,
robots.
car simulator in typical traffic situations. Key physical quantities were measured in characteristic points of the
(35) nr 2, 2014
109
Szybkobiene Pojazdy Gsienicowe
Gabriel KOST
Andrzej DYMAREK
Tomasz DZITKOWSKI
EXPERIMENTAL DETERMINATION OF PERCEPTIBLE
ACCELERATION OF A DRIVING SIMULATOR FOR PEOPLE WITH
DISABILITIES
Abstract. This paper presents the results of experimental determination of actual accelerations in a car
simulator in typical traffic situations. Key physical quantities were measured in characteristic points of the
1. INTRODUCTION
Work on the design of a mechatronic integrator of control procedures of a vehicle
simulator for disabled people commenced with a general plan of design activities. For this
purpose an outline of the functional structure was prepared including all necessary subsystems
[1 - 9]. The final developed and implemented simulator structure is shown in Fig. 1.
Fig. 1. Model of the selected concept of simulator stand
Simulator subsystems:
1 - Stewart platform with a Fiat Panda car body mounted onto it, 2 - system of three rigid screens and projectors
mounted on support frame, 3 - rigid rear screen, 4 - lift for facilitating getting into the car, 5 - instructor's stand,
6 - protecting fence around simulator stand, 7 - simulator room.
Prof. Gabriel KOST, Dr Andrzej DYMAREK, Dr Tomasz DZITKOWSKI – Silesian University
of Technology, Gliwice
110
All interactions between the selected components converge in the central part, the
master control computer, which enables operating in real time.
The purpose of the simulator analysed here is to enable people with disabilities to
virtually drive a vehicle adapted to their dysfunction under conditions that are stress-free and
safe for them and for the surroundings. Observation and analysis of trainee behaviour when
driving the simulator will initially verify his or her skills and capabilities of driving a car. This
is to be provided by training conditions as similar as possible to real traffic conditions,
including the perception of load occurring while driving. In this paper we compare the
measurement results of kinematic quantities recorded when driving a car on a road [2, 6] with
the results of experiments with a mechatronic integrator that simulates car driving.
2. SUBJECT OF THE STUDY
The subject of the study is a driving training simulator for people with disabilities
shown in Fig. 1. The experimental stand comprises the following measuring instruments:
system of sensors for recording such kinematic quantities as rotation around
the three coordinate axes, acceleration along the three principal axes. The
advantage of the proposed system of sensors is synchronised operation and the
capability to measure as many as 6 kinematic quantities by each of the sensors
individually. The measuring system of the sensors can be connected to a
portable data logging and processing device (Fig. 2B),
a high-speed camera system for recording motion at a frequency of 1000 Hz
with a portable computer for registering data in the form of images and
processing them into data required for analysing the motion of the platform
and behaviour of the vehicle driver (Fig. 2A).
The aim of the conducted kinematic analysis is the recording of the motion of
characteristic points of the simulator. The recorded actual values of kinematic quantities help
determine simulator behaviour, tune the drives to selected simulations of the platform of the
driving simulator for people with disabilities. The test stand will also provide information on
loads acting on the car body and on the vehicle driver. Such information will be an important
input into the analysis of undesired interactions registered during selected simulations.

Czytaj całość (pobierz plik)

Transkrypt

Podobne dokumenty

Trainz 2006 - Supercena

MIR Centrum Komputerowe

kody-do-gier

www.grajtanio.pl

uaibm mqpwm whvvw mxsqx - boumaghis

Zobacz Katalog Ragnar Simulator 2016