劉峻巖， 彭　虎， 張進(jìn)秋， 高　恒， 韓朝帥

(1. 裝甲兵工程學(xué)院裝備試用與培訓(xùn)大隊(duì)， 北京 100072； 2. 裝甲兵工程學(xué)院技術(shù)保障工程系， 北京 100072；3. 南京炮兵學(xué)院自行火炮教研室， 江蘇 南京 211132； 4. 63960部隊(duì)， 北京 102205)

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駕駛過(guò)程中離合操縱的數(shù)據(jù)處理方法

劉峻巖1， 彭虎2， 張進(jìn)秋1， 高恒3， 韓朝帥4

(1. 裝甲兵工程學(xué)院裝備試用與培訓(xùn)大隊(duì)， 北京 100072； 2. 裝甲兵工程學(xué)院技術(shù)保障工程系， 北京 100072；3. 南京炮兵學(xué)院自行火炮教研室， 江蘇 南京 211132； 4. 63960部隊(duì)， 北京 102205)

為解決坦克裝甲車(chē)輛駕駛過(guò)程的數(shù)據(jù)處理及應(yīng)用等問(wèn)題，以某次駕駛過(guò)程中單次完整的離合操縱位移數(shù)據(jù)為例，提出了去“突變”值、平滑處理及折點(diǎn)判定的3步數(shù)據(jù)處理方法，并對(duì)設(shè)定的操縱速度、持續(xù)時(shí)間等指標(biāo)進(jìn)行了判定。結(jié)果表明：該數(shù)據(jù)處理方法能有效處理原始數(shù)據(jù)、識(shí)別離合操縱的各個(gè)折點(diǎn)，通過(guò)計(jì)算機(jī)判定各個(gè)指標(biāo)的結(jié)果正確且有效，為駕駛評(píng)判提供了參考。

坦克裝甲車(chē)輛； 駕駛； 離合操縱； 平滑處理

駕駛技能評(píng)判作為駕駛訓(xùn)練及考評(píng)駕駛員技術(shù)水平的方式，對(duì)糾正駕駛過(guò)程中存在的問(wèn)題及提高駕駛訓(xùn)練效率具有重要作用。但傳統(tǒng)的評(píng)判采取教練員評(píng)分的方式，主觀(guān)性強(qiáng)且難以發(fā)現(xiàn)駕駛員操縱存在的問(wèn)題。因此，為適應(yīng)軍事訓(xùn)練轉(zhuǎn)型，實(shí)現(xiàn)駕駛的數(shù)字化評(píng)估具有重要意義。通過(guò)在車(chē)內(nèi)安裝傳感器采集駕駛操縱及車(chē)輛狀態(tài)數(shù)據(jù)，利用數(shù)據(jù)來(lái)糾正駕駛過(guò)程中的錯(cuò)誤操縱動(dòng)作及判定駕駛員操縱水平，是駕駛訓(xùn)練邁向信息化的趨勢(shì)。但實(shí)車(chē)直接采集的數(shù)據(jù)受噪聲干擾，誤差較大，不能直接應(yīng)用，此外還需判定操縱起止點(diǎn)等指標(biāo)，因此需要進(jìn)行數(shù)據(jù)處理[1-2]?；诖?，筆者在某次駕駛過(guò)程中單次完整的離合操縱位移數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上提出數(shù)據(jù)處理方法，并對(duì)設(shè)定的指標(biāo)進(jìn)行判定，以期為駕駛評(píng)判提供參考。

1　離合操縱過(guò)程

由文獻(xiàn)[3]可知：?jiǎn)未坞x合操縱可分為踏下、松開(kāi)離合器踏板2個(gè)過(guò)程，其中松開(kāi)離合器踏板時(shí)前2/3平穩(wěn)，用于控制松開(kāi)的速度和時(shí)機(jī)，后1/3可快松。按照上述操縱過(guò)程，離合器松開(kāi)時(shí)可得到6個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，分為5個(gè)階段，單次完整的離合操縱如圖1所示。

圖1　單次完整的離合操縱示意圖

假設(shè)駕駛員每次完整的離合操縱均符合該過(guò)程，則通過(guò)MATLAB編程尋找到這6個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，進(jìn)而確定踏下及松開(kāi)離合器踏板的時(shí)機(jī)，即離合各階段操縱速度、持續(xù)時(shí)間等，判定駕駛員是否按照操縱規(guī)程和要領(lǐng)操縱離合器踏板。

2　設(shè)定指標(biāo)

根據(jù)其操縱特點(diǎn)及評(píng)判需求，提出5個(gè)階段各自的持續(xù)時(shí)間ti(i=1,2,…,5)、整個(gè)離合操縱持續(xù)時(shí)間ttotal、各階段的操縱速度vi、松離合時(shí)半離合點(diǎn)位移及操縱正確性4類(lèi)指標(biāo)[4]。

采用拉線(xiàn)式位移傳感器離合操縱位移進(jìn)行測(cè)量，其范圍為0～200 mm，初始傳感器位移為30 mm，離合踩到底時(shí)最大位移為230 mm，半離合點(diǎn)的位置在130～170 mm之間，即占總行程的50%～70%。各指標(biāo)的計(jì)算方法如下：設(shè)數(shù)據(jù)采集次數(shù)為Ni，然后利用

ti=Ni/f

(1)

計(jì)算持續(xù)時(shí)間，其中f為數(shù)據(jù)采集頻率；通過(guò)

vi=si/ti

(2)

計(jì)算操縱速度的平均速度，其中si為變化的位移；持續(xù)總時(shí)間為

(3)

受各階段影響較大，ttotal范圍較寬，在1.3～8.4 s之間，駕駛員操縱越熟練，ttotal越小，以此作為評(píng)價(jià)駕駛技能的指標(biāo)。單次離合操縱各指標(biāo)值如表1所示。

表1　單次離合操縱各指標(biāo)值

3　數(shù)據(jù)處理過(guò)程

由于部分路況顛簸產(chǎn)生的干擾噪聲會(huì)對(duì)實(shí)際采集的數(shù)據(jù)產(chǎn)生波動(dòng)影響，因此需要進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，流程如圖2所示。首先，對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行去“突變”值(非正常操縱引起的變化較大且不符合規(guī)律的數(shù)據(jù))處理，以降低非正常操縱引起的數(shù)據(jù)變化及波動(dòng)，提高數(shù)據(jù)可用性；其次，對(duì)其進(jìn)行平滑處理，以改善數(shù)據(jù)的可讀取性，避免由于“突變”值的硬性去除而使得程序在讀取過(guò)程中陷入“死區(qū)”；再次，判定各個(gè)折點(diǎn)，用以對(duì)各指標(biāo)進(jìn)行定量計(jì)算及分析；最后，計(jì)算及判定各個(gè)指標(biāo)的值[5-6]。以某次駕駛過(guò)程中的一次完整離合操縱數(shù)據(jù)為例，對(duì)其處理過(guò)程進(jìn)行分析。

圖2　數(shù)據(jù)處理流程

3.1去“突變”值處理

經(jīng)多次編程測(cè)試，結(jié)合離合操縱特點(diǎn)及駕駛經(jīng)驗(yàn)，確定“突變”值的閾值λ=5 mm。去“突變”值處理過(guò)程包含以下2個(gè)階段：

1)位移差值dj的比較。

(4)

式中：x為標(biāo)準(zhǔn)位移；xj為測(cè)量位移；N>5。

車(chē)輛行駛過(guò)程中，由于本身的振動(dòng)或者路面不平引起的顛振會(huì)導(dǎo)致離合器縱拉桿位移圍繞原始位移來(lái)回波動(dòng)，每一次數(shù)據(jù)采集的點(diǎn)都會(huì)記錄對(duì)應(yīng)縱拉桿位移值。與標(biāo)準(zhǔn)位移相比，波動(dòng)會(huì)使位移偏高或偏低，為了在逐點(diǎn)比較過(guò)程中排除符號(hào)對(duì)處理結(jié)果的影響，第1步進(jìn)行絕對(duì)值差值計(jì)算。

2)“突變”位移點(diǎn)的處理。

(5)

當(dāng)dj>λ，且向前、后推5個(gè)點(diǎn)的值(dj±5)均比閾值小時(shí)，則認(rèn)為這個(gè)點(diǎn)是“突變”點(diǎn)，若xj>x則將該點(diǎn)的值用上限值x+λ取代，若xj

圖3　原始曲線(xiàn)與去“突變”值處理后曲線(xiàn)對(duì)比

3.2平滑處理

正常的離合器操縱應(yīng)當(dāng)是一組連續(xù)變化的過(guò)程，經(jīng)上一步處理后“突變”值位置與其余數(shù)據(jù)不能平滑過(guò)渡，采用三點(diǎn)算術(shù)平均法進(jìn)行多次平滑處理，得到可判定和應(yīng)用的新數(shù)據(jù)曲線(xiàn)[4]。本例中的離合原始數(shù)據(jù)如表2所示。

采用三點(diǎn)算術(shù)平均法進(jìn)行處理：x1=x1，x2=(x1+x2+x3)/3，x3=(x2+x3+x4)/3，…，xN-1=(xN-2+xN-1+xN)/3，xN=xN。其結(jié)果如表3所示。其中：x1和xN不變，中間數(shù)據(jù)都要經(jīng)過(guò)處理，且平滑處理不少于20次才能達(dá)到指標(biāo)判定的要求。經(jīng)試算，當(dāng)進(jìn)行到第24次時(shí)，精度能滿(mǎn)足要求，其結(jié)果如圖4所示。

表2　離合原始數(shù)據(jù)

表3　三點(diǎn)算術(shù)平均法處理結(jié)果

3.3折點(diǎn)判定

程序按時(shí)間軸順序依次讀取數(shù)據(jù)，查找從某點(diǎn)開(kāi)始數(shù)據(jù)逐漸變大/變小的點(diǎn)，若存在這樣的不可逆趨勢(shì)，則計(jì)算每個(gè)數(shù)據(jù)與對(duì)應(yīng)的穩(wěn)定值之差，差值大于5 mm的第1個(gè)點(diǎn)即為折點(diǎn)，其結(jié)果如圖4所示。

圖4　平滑處理及折點(diǎn)判定結(jié)果

3.4指標(biāo)值計(jì)算及判斷

根據(jù)指標(biāo)值統(tǒng)計(jì)計(jì)算方法對(duì)各指標(biāo)結(jié)果進(jìn)行判定。圖4中的原始值為經(jīng)去“突變”值處理后的數(shù)據(jù)，而處理值為經(jīng)三點(diǎn)算術(shù)平均法平滑處理后得到的數(shù)據(jù)，其中的6個(gè)折點(diǎn)分別用不同的符號(hào)表示。從圖4中可以看出：經(jīng)過(guò)平滑處理，數(shù)據(jù)曲線(xiàn)變得光滑且易讀取，6個(gè)折點(diǎn)也能準(zhǔn)確地定位，滿(mǎn)足了平滑處理及折點(diǎn)判定的要求。根據(jù)圖4確定各個(gè)折點(diǎn)的位置坐標(biāo)，如表4所示。

表4　各個(gè)折點(diǎn)的位置坐標(biāo)

數(shù)據(jù)采集頻率設(shè)置為100 Hz，根據(jù)式(1)-(3)判定得出的各指標(biāo)值如表5所示。

表5　判定得出的各指標(biāo)值

從表5中可以得出如下結(jié)論：

1)操縱速度。按照要求，離合操縱應(yīng)該符合“快—慢—快”的操縱特點(diǎn)，分別對(duì)應(yīng)表中1、3、5三個(gè)階段，表中0.392>0.21，0.21<0.251，即表示此次離合操縱符合離合操縱要求。

2)持續(xù)時(shí)間。通過(guò)與表1的對(duì)比，各個(gè)階段的持續(xù)時(shí)間基本與標(biāo)準(zhǔn)值相吻合。由于駕駛員操縱的熟練程度、車(chē)輛的性能狀況以及對(duì)應(yīng)的路況條件對(duì)離合操縱時(shí)間影響較大，因此不能準(zhǔn)確地通過(guò)限定時(shí)間來(lái)評(píng)價(jià)其操縱的好壞。但離合操縱規(guī)律是不變的，由于ttotal=2.63 s，在1.3～8.4 s范圍內(nèi)，因此本次操縱符合離合操縱規(guī)律。

3)正確性。t4=0.76 s>0 s，說(shuō)明此次操縱存在半離合點(diǎn)，駕駛員按照松離合要領(lǐng)將此過(guò)程前后分割開(kāi)，符合駕駛要求，表明其操縱正確。

4)半離合點(diǎn)。半離合點(diǎn)位置與初始位置之間的位移分別為103、107 mm，總行程為200 mm，分別占總行程的51.5%和53.5%，在規(guī)定的50%～70%范圍之內(nèi)，說(shuō)明半離合點(diǎn)位置正確；但百分比的值偏低，說(shuō)明駕駛員平穩(wěn)松離合過(guò)程結(jié)束稍早，應(yīng)該適當(dāng)延長(zhǎng)平穩(wěn)松離合的階段。

綜上，此次操縱符合離合操縱規(guī)律及要求，為一次完整且正確的操縱過(guò)程，這表明：通過(guò)數(shù)據(jù)處理不僅能夠排除“突變”值的影響，清晰地判定各個(gè)折點(diǎn)以及統(tǒng)計(jì)分析各個(gè)指標(biāo)的值，還可以標(biāo)志離合操縱的正確性以及通過(guò)持續(xù)總時(shí)間判定駕駛員操縱水平，說(shuō)明該數(shù)據(jù)處理方法是有效的。

[1]石志濤. 裝甲車(chē)輛基礎(chǔ)駕駛動(dòng)作識(shí)別與技能評(píng)價(jià)研究[D].北京：裝甲兵工程學(xué)院，2012.

[2]Osgouei R H, Lee H, Choi S. Comparative Evaluation of Performance Measures for Human Driving Skills[J]. Intel Serv Robotics, 2013, 6: 169-180.

[3]羅劍. 裝甲車(chē)輛駕駛技能評(píng)判研究[D].北京：裝甲兵工程學(xué)院，2011.

[4]荊強(qiáng)，羅劍，高永強(qiáng)，等. 基于駕駛員行為特性的駕駛技能評(píng)價(jià)指標(biāo)研究[J]. 汽車(chē)工程學(xué)報(bào)， 2011, 1(2): 153-158.

[5]劉義樂(lè)，劉峻巖，畢占東. 基于操縱件狀態(tài)時(shí)序變化的車(chē)輛換擋動(dòng)作識(shí)別方法[J]. 裝甲兵工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2011, 25(1):45-48.

[6]張進(jìn)秋，岳杰，石志濤，等. 基于矩陣變換的坦克駕駛訓(xùn)練數(shù)字化記錄與評(píng)判系統(tǒng)研究[J]. 裝甲兵工程學(xué)院學(xué)報(bào), 2012, 26(6): 30-34.

(責(zé)任編輯: 尚菲菲)

Data Processing Method of Clutch Manipulation in Driving Process

LIU Jun-yan1, PENG Hu2, ZHANG Jin-qiu1, GAO Heng3, HAN Chao-shuai4

(1. Brigade of Equipment Trail and Training, Academy of Armored Force Engineering, Beijing 100072, China;2. Department of Technical Support Engineering, Academy of Armored Force Engineering, Beijing 100072, China;3. Teaching and Research Section of Self-propelled Artillery, Academy of Nanjing Artillery, Nanjing 211132, China;4. Troop No. 63960 of PLA, Beijing 102205, China)

In order to solve the problem of data processing and application in driving process of tank and armored vehicles, taking the clutch manipulation data in driving process for example, the three steps data processing method of wiping off false value, smooth treatment and judging transition point are put forward, through the comparison between a full clutch manipulation process and setting clutch manipulation index of manipulation velocity and lasting time according to the driving manual. The result indicates that the method can manipulate original data effectively, distinguish those transition points of clutch manipulation, the judged result of every index through computer is correct and effective, which provides reference for driving evaluation.

tank and armored vehicles; driving; clutch manipulation; smooth process

1672-1497(2016)04-0053-04

2016-05-02

劉峻巖(1975-)，男，講師，碩士。

E923.1

A

10.3969/j.issn.1672-1497.2016.04.010