KR100552829B1 - 차량 시뮬레이션 시스템 및 그 작동 방법 - Google Patents

차량 시뮬레이션 시스템 및 그 작동 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 차량 시뮬레이션 시스템에는, 장갑차와 같은 군용 차량의 실제 상황이 재현되도록 훈련용 조종 장치를 작동시키는 교육생용 컴퓨터 세트가 구비된 시스템이다. 이 교육생용 컴퓨터 세트는 조종 시뮬레이션 컴퓨터, 모션 컴퓨터 및 영상 컴퓨터를 포함한다. 조종 시뮬레이션 컴퓨터는, 차량 제원 데이터, 및 조종 장치로부터의 조종입력 신호에 따라, 조종 장치의 자세 데이터, 및 조종 장치의 모니터들에 표시될 위치 데이터를 발생시킨다. 모션 컴퓨터는 조종 시뮬레이션 컴퓨터로부터의 자세 데이터에 따른 구동제어 데이터를 상기 조종 장치의 구동부에 입력시킨다. 영상 컴퓨터는 조종 시뮬레이션 컴퓨터로부터의 위치 데이터에 따른 영상 신호들을 조종 장치의 모니터들에 입력시킨다.

Description

차량 시뮬레이션 시스템 및 그 작동 방법 {Vehicle simulation system and operation method thereof}
도 1은 본 발명에 따른 장갑차 시뮬레이션 시스템을 보여주는 도면이다.
도 2는 도 1의 시스템의 작동 방법을 보여주는 블록도이다.
도 3a 및 3b는 도 2의 조종실 구동 단계를 수행하기 위한 프로그램의 인터럽트 루틴을 보여주는 흐름도이다.
도 4 및 5는 도 2의 조종실 구동 단계를 위한 구동제어 데이터를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 도 5의 히브를 구하는 알고리즘을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 도 5의 스웨이를 구하는 알고리즘을 설명하기 위한 도면이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1...교관실, 11...교관용 컴퓨터,
12...상황 모니터들, 21...교육생용 컴퓨터 세트,
211...조종 시뮬레이션 컴퓨터, 212...모션 컴퓨터,
213...영상 컴퓨터, 22...조종 장치,
221...조종실, 222...구동부,
L...좌측 모니터, P...전방 모니터,
R...우측 모니터,
3, 4, 5, 6...교육생용 컴퓨터 세트 및 조종 장치,
CG...조종실의 무게중심 위치, D...조종석의 위치,
A...조종실의 진행 위치,
Figure 111999002509310-pat00001
...가상 자주포의 피치,
Figure 111999002509310-pat00002
...무게중심의 위치와 조종석 위치 사이의 거리,
Figure 111999002509310-pat00003
...X축에 대한 무게중심의 위치와 조종석 위치 사이의 각도,
Figure 111999002509310-pat00004
...X축에 대한 가상 자주포의 회전 각도.
본 발명은, 차량 시뮬레이션 시스템 및 그 작동 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 자주포 등의 병기가 탑재된 군용 차량의 실제 상황이 재현되도록 훈련용 조종 장치를 작동시키는 차량 시뮬레이션 시스템에 관한 것이다.
장갑차와 같은 군용 차량은 지형, 자신의 제원, 및 조종사의 조정입력 상태에 따라 자신의 위치가 급격하게 변화한다. 따라서, 조종사는 실전 상황을 위하여 자신의 차량에 보다 익숙해지도록 훈련을 받을 필요가 있다. 하지만, 실제 차량을 조종하여 각종 경우의 수를 재현한다는 것은 거의 불가능한 일이다. 그럼에도 불구하고, 개인용 컴퓨터(PC) 등과 같은 컴퓨터를 이용하여 차량의 실제 상황이 효율적으로 재현되게 하는 차량 시뮬레이션 시스템이 개발되지 않고 있는 실정이다.
본 발명의 목적은, 개인용 컴퓨터 등과 같은 컴퓨터를 이용하여 차량의 실제 상황이 효율적으로 재현되게 하는 차량 시뮬레이션 시스템 및 그 작동 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 이루기 위한 본 발명의 차량 시뮬레이션 시스템은, 교관용 컴퓨터와 상황 모니터들이 구비된 교관실, 및 상기 교관용 컴퓨터의 통제 신호에 의하여 차량의 실제 상황이 재현되도록 훈련용 조종 장치를 작동시키는 교육생용 컴퓨터 세트가 구비된 시스템이다. 여기서, 상기 교육생용 컴퓨터 세트는 조종 시뮬레이션 컴퓨터, 모션 컴퓨터 및 영상 컴퓨터를 포함한다. 상기 조종 시뮬레이션 컴퓨터는, 상기 차량의 제원 데이터, 및 상기 조종 장치로부터의 조종입력 신호에 따라, 상기 조종 장치의 자세 데이터, 및 상기 조종 장치의 모니터들에 표시될 위치 데이터를 발생시킨다. 상기 모션 컴퓨터는 상기 조종 시뮬레이션 컴퓨터로부터의 자세 데이터에 따른 구동제어 데이터를 상기 조종 장치의 구동부에 입력시킨다. 상기 영상 컴퓨터는 상기 조종 시뮬레이션 컴퓨터로부터의 위치 데이터에 따른 영상 신호들을 상기 조종 장치의 모니터들에 입력시킨다.
상기 또다른 목적을 이루기 위한 본 발명의 작동 방법은, 교관용 컴퓨터와 상황 모니터들이 구비된 교관실, 및 차량의 실제 상황이 재현되도록 훈련용 조종 장치를 작동시키는 교육생용 컴퓨터 세트가 구비된 차량 시뮬레이션 시스템의 작동 방법이다. 이 방법은 상기 교관용 컴퓨터에 의하여 상기 교육생용 컴퓨터 세트의 훈련조건을 설정하고 통제하는 단계를 포함한다. 다음에 상기 조종 장치에서 교육 생이 조종을 수행한다. 다음에 상기 교육생용 컴퓨터 세트에 의하여 상기 조종에 따른 입/출력 신호들을 처리한다. 다음에 상기 교육생용 컴퓨터 세트에 의하여 상기 훈련조건 및 처리된 입/출력 신호들에 따라 동력학 계산을 수행한다. 다음에 상기 교육생용 컴퓨터 세트에 의하여 상기 동력학 계산의 결과 데이터에 따라 상기 조종 장치의 조종실을 구동한다. 또한, 상기 교육생용 컴퓨터 세트에 의하여 상기 동력학 계산의 결과 데이터에 따라 상기 조종 장치의 영상 및 음향 기기를 구동한다.
이하 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 장갑차 시뮬레이션 시스템은 교관실(1) 및 각각의 교육생용 컴퓨터 세트 및 훈련용 조종 장치(21 및 22, 3, 4, 5, 6)를 포함한다. 교관실(1)에는 교관용 컴퓨터(11)와 상황 모니터들(12)이 구비되어 있다. 교육생용 컴퓨터 세트(21)는 교관용 컴퓨터(11)의 통제 신호에 의하여 장갑차의 실제 상황이 재현되도록 훈련용 조종 장치(22)를 작동시킨다.
각각의 교육생용 컴퓨터 세트(21)는 조종 시뮬레이션 컴퓨터(211), 모션 컴퓨터(212) 및 영상 컴퓨터(213)를 포함한다. 조종 시뮬레이션 컴퓨터(211)는, 자신에 로딩(loading)된 장갑차 제원 데이터 및 조종 장치(22)의 조종실(221)로부터의 조종입력 신호에 따라, 조종실(221)의 자세 데이터, 및 조종실(221)의 모니터들(L, P, R)에 표시될 위치 데이터를 발생시킨다. 또한, 조종 시뮬레이션 컴퓨터(211)는 조종실(221) 내의 계기판 및 경고등을 구동시키는 모니터링 신호를 출력한다. 모션 컴퓨터(212)는 조종 시뮬레이션 컴퓨터(211)로부터의 자세 데이터 에 따른 구동제어 데이터를 조종 장치(22)의 구동부(222)에 입력시킨다. 영상 컴퓨터(213)는 조종 시뮬레이션 컴퓨터(211)로부터의 위치 데이터에 따른 영상 신호들 및 음향 신호를 조종실(221)의 모니터들(L, P, R), 및 교관실(1)의 상황 모니터들(12)로 출력한다. 영상 컴퓨터(213)는 우측 영상 신호를 조종실(221)의 우측 모니터(R)에, 전방 및 좌측 영상 신호들을 조종실(221)의 전방 및 좌측 모니터들(P, L)에 입력시킨다.
도 1 및 2를 참조하면, 도 1의 시스템의 작동 방법은 교관용 컴퓨터(11)에 의하여 교육생용 컴퓨터 세트(21)의 훈련조건을 설정하고 통제하는 단계(S1)를 포함한다. 다음에 교육생이 조종실(221)의 조종석에 앉아 가상 조종을 수행한다(단계 S4). 다음에 교육생용 컴퓨터 세트(21)의 조종 시뮬레이션 컴퓨터(211)에 의하여 상기 조종에 따른 입/출력 신호들을 처리한다(단계 S3). 다음에 조종 시뮬레이션 컴퓨터(211)에 의하여 설정된 훈련조건 및 처리된 입/출력 신호들에 따라 동력학 계산을 수행한다(단계 S2). 다음에 교육생용 컴퓨터 세트(21)의 모션 컴퓨터(212)에 의하여 상기 동력학 계산의 결과 데이터에 따라 조종 장치(22)의 조종실(221)을 구동한다(단계 S6). 또한, 교육생용 컴퓨터 세트(21)의 영상 컴퓨터(213)에 의하여 상기 동력학 계산의 결과 데이터에 따른 위치 데이터 및 음향 데이터에 따라 조종 장치(22)의 영상 및 음향 기기를 구동한다(단계 S5).
도 1, 3a 및 3b를 참조하여, 도 2의 조종실 구동 단계(S6)를 수행하기 위한 프로그램의 인터럽트 루틴이 아래에 설명된다. 이 인터럽트 루틴은 모션 컴퓨터(212) 내에서 실행된다.
먼저 조종 장치(22)가 동작중(engaged)이 아니면(단계 S31), 조종실(221)이 설정된 대기(standby) 위치로 이동되게 한다(단계 S67). 여기서, 조종 장치(22)가 동작중이고 조종 장치(22)의 시스템 모드가 작동(running) 모드이면(단계 S31, S61), 조종 시뮬레이션 컴퓨터(211)로부터 조종실(221)의 자세 데이터를 받아 조종실(221)의 구동제어 데이터를 구한다(단계 S62). 여기서, 조종 장치(22)의 시스템 모드가 작동 모드가 아니고 초기표시(initial display) 모드이면(단계 S61, S63), 구동제어 데이터의 변수들을 초기화시킨 후 조종실(221)을 훈련 시작 위치로 이동시킨다(단계 S64). 여기서, 조종실(221)의 가상 진행 방향이 X축 방향으로 설정되어 있고, 조종실(221)이 Z축 방향으로 6인치 상승함으로써 훈련 시작 위치로의 이동이 완료된다. 여기서, 조종 장치(22)의 시스템 모드가 초기표시 모드가 아니고 준비중(not-ready) 모드이면(단계 S63, S65), 조종실(221)을 대기 위치로 이동시킨다(단계 S66). 여기서, 조종 장치(22)의 시스템 모드가 준비중 모드가 아니면 조종실(221)을 서서히 시작 위치로 이동시킨다(단계 S65, S68).
다음에 단계 S62의 수행에 의하여 구해진 구동제어 데이터의 변화값을 설정된 허용치 내로 제한한다(단계 S69). 단계 S69에서 제한된 구동제어 데이터는 조종 장치(22)가 인식 가능하도록 인코딩된다(단계 S70). 인코딩된 구동제어 데이터는 조종 장치(22)로 전송되고, 이에 따른 조종 장치(22)의 수신 상태가 점검된다(단계 S71, S32, S33, S34, S35, S36, S37, S38, S39). 이를 위하여 먼저 조종실(221)의 응답 데이터 20 바이트를 수신한다(단계 S32). 다음에 응답 및 동기 상태가 정상적이지 않고 10초 이상 동안 응답 오류가 발생되면(단계 S33, S34), 통신 오류를 알리는 정보를 발생시킨다(단계 S35). 또한, 응답 및 동기 상태가 정상적이지 않고 10초 이상 동안 응답 오류가 발생되지 않으면(단계 S33, S34), 응답오류 카운터를 증가시킨다(단계 S37). 한편, 응답 및 동기 상태가 정상적이면(단계 S33), 수신 체크섬을 구한다(단계 S36). 수신 체크섬이 올바르지 않으면(단계 S38) 통신 오류를 알리는 정보를 발생시킨다(단계 S35). 수신 체크섬이 올바르면(단계 S38), 조종실(221)의 현재 상태를 구하고, 응답오류 카운터와 통신오류 플래그를 초기화한다(단계 S39).
다음에 시스템 모드가 준비중 또는 전원 오프 모드가 아니면(단계 S72), 이와 관련된 제1 모드제어루틴을 실행하여 조종실(221)의 상태에 상응하는 제어모드를 설정한다(단계 S8). 또한, 시스템 모드가 준비중 또는 전원 오프 모드이면(단계 S72), 이와 관련된 제2 모드제어루틴을 실행하여 조종실(221)의 상태에 상응하는 제어모드를 설정한다(단계 S9).
도 1, 4 및 5를 참조하면, 모션 컴퓨터(212)가 조종 장치(22)의 조종실을 구동하기 위하여 발생시키는 구동제어데이터는 요(Yaw), 피치(Pitch), 롤(Roll), 히브(Heave), 스웨이(Sway) 및 써지(Surge)를 포함한다. 여기서, 조종 장치(22)의 진행 방향이 X축 방향인 경우, 요는 Z축을 중심으로 조종실(221)이 회전하려는 각도, 피치는 Y축을 중심으로 조종실(221)이 회전하려는 각도, 롤은 X축을 중심으로 조종실(221)이 회전하려는 각도, 히브는 Z축 방향으로 조종실(221)이 이동하려는 거리, 스웨이는 Y축 방향으로 조종실(221)이 이동하려는 거리, 그리고 써지는 X축 방향으로 조종실(221)이 이동하려는 거리를 나타낸다. 이와 같은 구동제어 데이터 의 산출 과정은 다음과 같다.
조종 시뮬레이션 컴퓨터(211)는 자신에 로딩된 장갑차 제원 데이터 및 조종 장치(22)의 조종실(221)로부터의 조종입력 신호에 따라 조종실(221)의 자세 데이터를 모션 컴퓨터(212)에 입력시킨다. 조종 시뮬레이션 컴퓨터(211)로부터 모션 컴퓨터(212)에 입력되는 자세 데이터는 제1 롤 데이터, 제1 피치 데이터, 가상 자주포가 XY 평면상에서 회전하려는 회전 각도 데이터, 가상 장갑차의 현재 속도 및 이전(以前) 속도 데이터, 및 지면 상태 데이터를 포함한다. 이와 같은 자세 데이터는 조종실(221)의 무게중심의 위치 데이터에 의거하여 산출되어 모션 컴퓨터(212)에 입력된다.
모션 컴퓨터(212)에서 구동제어용 롤 데이터 Ro2를 산출하는 알고리즘은 아래의 수학식 1에 의거한다.
Figure 111999002509310-pat00005
상기 수학식 1에서 Ro1은 조종 시뮬레이션 컴퓨터(211)로부터 입력된 제1 롤 데이터, SFr은 롤 제한용 비율을 나타낸다.
모션 컴퓨터(212)에서 구동제어용 피치 데이터 Pt2를 산출하는 알고리즘은 아래의 수학식 2에 의거한다.
Figure 111999002509310-pat00006
상기 수학식 2에서 Pt1은 조종 시뮬레이션 컴퓨터(211)로부터 입력된 제1 피 치 데이터, SFr은 피치 제한용 비율을 나타낸다.
모션 컴퓨터(212)에서 구동제어용 히브 데이터 Hv2를 산출하는 알고리즘은 아래의 수학식 3에 의거한다.
Figure 111999002509310-pat00007
상기 수학식 3에서 Ls는 조종실(221)의 시작 위치 데이터,
Figure 111999002509310-pat00008
은 XY 평면상에서 조종실(221)의 무게중심의 위치(CG)와 조종석 위치(D) 사이의 거리,
Figure 111999002509310-pat00009
는 XY 평면에 대한 무게중심의 위치(CG)와 조종석 위치(D) 사이의 각도, Pt1은 조종 시뮬레이션 컴퓨터(211)로부터 입력된 제1 피치 데이터, SFh는 히브 제한용 비율, 그리고 Vr은 Z축 방향으로의 진동 거리를 나타낸다(도 6 참조). 이와 같이, 구동제어용 히브 데이터 Hv2는 조종실(221)의 무게중심의 위치(CG)와 조종석 위치(D) 사이의 거리에 따라 보정된다. 여기서, Z축 방향으로의 진동 거리 Vr은 아래의 수학식 4에 의거한다.
Figure 111999002509310-pat00010
상기 수학식 4에서
Figure 111999002509310-pat00011
는 이전(以前) 진동 거리, Sa는 가상 장갑차의 현재 속도 데이터, Vw는 적용된 지면 상태에 따라 산출된 진동폭, 그리고 Pvz는 Z축 상의 진동 방향(+, -)을 나타낸다.
모션 컴퓨터(212)에서 구동제어용 써지 데이터 Sg2를 산출하는 알고리즘은 아래의 수학식 5에 의거한다.
Figure 111999002509310-pat00012
상기 수학식 5에서, Sg1은 이전(以前) 써지 데이터, Sad는 가상 장갑차의 속도 변화 데이터, 그리고 SFs는 써지 제한용 비율을 나타낸다. 여기서, 가상 장갑차의 속도 변화 데이터 Sad는, 조종 시뮬레이션 컴퓨터(211)로부터 입력된 현재 속도와 이전(以前) 속도의 차이로서 계산된다.
모션 컴퓨터(212)에서 구동제어용 스웨이 데이터 Ys2를 산출하는 알고리즘은 아래의 수학식 6에 의거한다.
Figure 111999002509310-pat00013
상기 수학식 6에서 Ys1은 이전(以前) 스웨이 데이터,
Figure 111999002509310-pat00014
는 조종 시뮬레이션 컴퓨터(211)로부터 모션 컴퓨터(212)에 입력되는 가상 자주포의 회전 각도 데이터,
Figure 111999002509310-pat00015
은 XY 평면상에서 조종실(221)의 무게중심의 위치(CG)와 조종석 위치(D) 사이의 거리, 그리고 SFy는 스웨이 제한용 비율을 나타낸다(도 7 참조). 이와 같이, 구동제어용 스웨이 데이터 Ys2는 조종실(221)의 무게중심의 위치(CG)와 조종석 위치(D) 사이의 거리에 따라 보정된다.
이상 설명된 바와 같이, 본 발명에 따른 차량 시뮬레이션 시스템 및 그 작동 방법에 의하면, 개인용 컴퓨터 등과 같은 컴퓨터를 이용하여 장갑차와 같은 군용 차량의 실제 상황이 효율적으로 재현되게 하므로, 차량 조종수의 훈련 효과를 보다 높일 수 있다.
본 발명은, 상기 실시예에 한정되지 않고, 청구범위에서 정의된 발명의 사상 및 범위 내에서 당업자에 의하여 변형 및 개량될 수 있다.

Claims (5)

  1. 교관용 컴퓨터와 상황 모니터들이 구비된 교관실, 및 상기 교관용 컴퓨터의 통제 신호에 의하여 차량의 실제 상황이 재현되도록 훈련용 조종 장치를 작동시키는 교육생용 컴퓨터 세트가 구비된 차량 시뮬레이션 시스템에 있어서,
    상기 교육생용 컴퓨터 세트가,
    상기 차량의 제원 데이터 및 상기 조종 장치로부터의 조종입력 신호에 따라, 상기 조종 장치의 자세 데이터, 및 상기 조종 장치의 모니터들에 표시될 위치 데이터를 발생시키는 조종 시뮬레이션 컴퓨터;
    상기 조종 시뮬레이션 컴퓨터로부터의 자세 데이터에 따른 구동제어 데이터를 상기 조종 장치의 구동부에 입력시키는 모션 컴퓨터; 및
    상기 조종 시뮬레이션 컴퓨터로부터의 위치 데이터에 따른 영상 신호들을 상기 조종 장치의 모니터들에 입력시키는 영상 컴퓨터를 포함한 차량 시뮬레이션 시스템.
  2. 교관용 컴퓨터와 상황 모니터들이 구비된 교관실, 및 장갑차의 실제 상황이 재현되도록 훈련용 조종 장치를 작동시키는 교육생용 컴퓨터 세트가 구비된 장갑차 시뮬레이션 시스템의 작동 방법에 있어서,
    상기 교관용 컴퓨터에 의하여 상기 교육생용 컴퓨터 세트의 훈련조건을 설정하고 통제하는 단계;
    상기 조종 장치에서 교육생이 조종을 수행하는 단계;
    상기 교육생용 컴퓨터 세트에 의하여 상기 조종에 따른 입/출력 신호들을 처리하는 단계;
    상기 교육생용 컴퓨터 세트에 의하여 상기 훈련조건 및 처리된 입/출력 신호들에 따라 동력학 계산을 수행하는 단계;
    상기 교육생용 컴퓨터 세트에 의하여 상기 동력학 계산의 결과 데이터에 따라 상기 조종 장치의 조종실을 구동하는 단계; 및
    상기 교육생용 컴퓨터 세트에 의하여 상기 동력학 계산의 결과 데이터에 따라 상기 조종 장치의 영상 및 음향 기기를 구동하는 단계를 포함한 차량 시뮬레이션 시스템의 작동 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 조종실을 구동하는 단계를 수행하기 위한 상기 교육생용 컴퓨터 세트의 프로그램의 인터럽트 루틴이,
    상기 조종 장치가 동작중이 아니면 상기 조종실을 설정된 시작 위치로 이동시키는 단계;
    상기 조종 장치의 시스템 모드가 작동 모드이면, 상기 조종실의 자세 데이터를 받아 상기 조종실의 구동제어 데이터를 구하는 단계;
    상기 시스템 모드가 초기표시 모드이면, 상기 구동제어 데이터의 변수들을 초기화시킨 후 상기 조종실을 상기 시작 위치로 이동시키는 단계;
    상기 시스템 모드가 준비중 모드이면, 상기 조종실을 설정된 대기 위치로 이동시키는 단계;
    구해진 상기 구동제어 데이터의 변화값을 설정된 허용값 내로 제한하는 단계;
    제한된 상기 구동제어 데이터를 상기 조종 장치가 인식 가능하도록 인코딩하는 단계;
    인코딩된 구동제어 데이터를 상기 조종 장치로 전송하고, 상기 조종 장치의 수신 상태를 점검하는 단계; 및
    상기 조종실의 상태에 상응하는 제어모드를 설정하는 단계를 포함한 차량 시뮬레이션 시스템의 작동 방법.
  4. 제2항에 있어서, 상기 조종 장치의 조종실을 구동하는 단계에서,
    상기 조종 장치의 진행 방향이 X축 방향인 경우에 상기 조종실을 구동하기 위한 구동제어 데이터가 요, 피치, 롤, 히브, 스웨이 및 써지를 포함하고, 상기 요가 Z축을 중심으로 상기 조종실이 회전하려는 각도, 상기 피치가 Y축을 중심으로 상기 조종실이 회전하려는 각도, 상기 롤이 상기 X축을 중심으로 상기 조종실이 회전하려는 각도, 상기 히브가 상기 Z축 방향으로 상기 조종실이 진동하려는 거리, 상기 스웨이가 상기 Y축 방향으로 상기 조종실이 진동하려는 거리, 그리고 상기 써 지가 상기 X축 방향으로 상기 조종실이 진동하려는 거리인 차량 시뮬레이션 시스템의 작동 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 구동제어 데이터가,
    상기 조종실의 무게중심의 위치 데이터에 의거하여 산출되고, 상기 무게중심의 위치와 상기 조종실의 조종석 위치 사이의 거리에 따라 보정되는 차량 시뮬레이션시스템의 작동 방법.
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