魏子劍， 張進秋， 劉義樂

(裝甲兵工程學院裝備試用與培訓大隊， 北京 100072)

坦克駕駛換擋動作數(shù)據(jù)切割方法

魏子劍， 張進秋， 劉義樂

(裝甲兵工程學院裝備試用與培訓大隊， 北京 100072)

為了解決換擋動作數(shù)字化評價中難以從駕駛訓練數(shù)據(jù)切割得到換擋動作數(shù)據(jù)的問題，在進行數(shù)據(jù)閾值處理的基礎上，提出了一種按照變速桿→加速踏板→離合器踏板順序進行切割的方法，對換擋動作數(shù)據(jù)進行了切割。通過建立標準換擋動作的數(shù)組模型和三級識別指標，完成了從切割得到換擋動作的識別判定。

坦克駕駛； 換擋動作； 數(shù)據(jù)切割

換擋既是坦克駕駛訓練的基本內(nèi)容，也是充分發(fā)揮坦克技術性能的重要措施。為提高訓練效率，通常采用數(shù)字化方法評價乘員駕駛技能，如對乘員進行個性化、針對性的指導，已成為當前駕駛訓練教學研究的重點內(nèi)容[1]。張進秋等[2]通過對傳感器進行選型和設計駕駛動作記錄儀，構建了駕駛操作數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，實現(xiàn)了駕駛操作的數(shù)字化記錄，為換擋動作數(shù)據(jù)切割提供了依據(jù)；劉義樂等[3]提出了借助位移傳感器，利用操縱件位移數(shù)據(jù)記錄乘員動作，利用給定的駕駛規(guī)則時序識別換擋動作方法，有效地識別出了換擋動作，為數(shù)據(jù)切割提供了參考?；诖?，筆者以升擋(1擋升2擋)為例，在進行數(shù)據(jù)閾值處理的基礎上，提出一種按照變速桿→加速踏板→離合器踏板順序進行數(shù)據(jù)切割的方法，依據(jù)動作要領建立標準換擋動作的數(shù)組模型并設定三級識別指標，對切割得到的換擋動作進行識別，為數(shù)字化評價乘員駕駛技能奠定基礎。

1 換擋動作數(shù)據(jù)切割

從采集的駕駛訓練數(shù)據(jù)中切割換擋動作數(shù)據(jù)流程如圖1所示。首先，建立換擋動作的時序數(shù)組模型M，依據(jù)其建立換擋動作識別指標；然后，對采集的駕駛訓練數(shù)據(jù)進行閾值處理[4]，對處理完成的數(shù)組進行切割，得到換擋動作數(shù)組W；最后，依據(jù)換擋動作識別指標對數(shù)組W進行識別判定。

1.1 時序數(shù)組模型建立

換擋(升擋)的動作要領如下：

1)加油沖車；

2)踏下主離合器踏板，松開加油踏板；

3)將變速桿摘到空擋并掛上高一級排擋；

圖1 換擋動作數(shù)據(jù)切割流程

4)迅速平穩(wěn)地松回主離合器踏板，加油。

整個換擋動作涉及加速踏板、離合器踏板和變速桿3個操縱件，且其操作存在先后順序。規(guī)定操縱件每發(fā)生一次狀態(tài)變化用“1”表示，未發(fā)生狀態(tài)變化用“0”表示。如：加油沖車時，加速踏板狀態(tài)依次為未踩下→踩下→踩到位→松踏板→踏板復位，轉換成數(shù)字則為1→0→1→0→1。變速桿處在倒擋、空擋、1擋、2擋、3擋、4擋、5擋時分別用-1、0、1、2、3、4、5表示。

表1 1擋換2擋的動作時序數(shù)組模型M

表1為依據(jù)動作要領中操縱件操作先后順序得到的1擋換2擋的動作時序數(shù)組模型M。由表1可以看出：變速桿數(shù)據(jù)由1→ 0→2，即擋位由1擋到空擋再到2擋；加速踏板數(shù)據(jù)有6個“1”，其中，前4個“1”表示“加油沖車”，后2個“1”表示“加油”；離合器踏板數(shù)據(jù)有6個“1”，其中，前2個“1”表示“踏下主離合器踏板”，后4個“1”表示“松離合，到半離合處，再松離合”；相鄰“1”之間的“0”表示狀態(tài)持續(xù)時間；3個操縱件操作存在固定的先后順序，即模型M中的數(shù)字存在固定的時序性。

1.2 數(shù)據(jù)處理

在加速踏板和離合器踏板的踏板位置上設置位移傳感器，在變速桿排擋位置上設置光電開關傳感器。借助采集儀采集3個操縱件的狀態(tài)信息，其中加速踏板和離合器踏板數(shù)據(jù)為十進制。

以采集儀采集的3個操縱件時序10行訓練數(shù)據(jù)為例進行閾值和差值處理，結果如表2所示?？梢钥闯觯撼藛T做了1次“加油”動作，加速踏板踩下并踩到位；經(jīng)過數(shù)據(jù)處理，時序第145、150行變?yōu)椤?”，其余行均為“0”，說明加速踏板發(fā)生了2次狀態(tài)變化，即未踩下→踩下→踩到位。

1.3 切割

第1次切割：換擋動作的最顯著特征是變速桿擋位發(fā)生變化，1擋升2擋時變速桿數(shù)據(jù)由1→0→2，所以首先對變速桿數(shù)據(jù)按照時序進行檢索。檢索到數(shù)據(jù)由1→0→2時，以“1”為起點向前檢索，當檢索到1→0時，對“0”所在行進行標記并作為切割起點；以“2”為起點向后檢索，當檢索到2→0時，對“0”所在行進行標記并作為切割終點，將數(shù)據(jù)切割出來得到數(shù)組Q1。

表2 3個操縱件時序10行數(shù)據(jù)處理結果

執(zhí)行換擋動作時，初始操作為“加油沖車”，加速踏板由未踩下→踩下，狀態(tài)發(fā)生變化，數(shù)據(jù)由0→1；結束操作為“離合器踏板復位”，離合器踏板數(shù)據(jù)由1→0。在數(shù)組Q1中，加速踏板初始操作開始之前，即數(shù)據(jù)“1”之前，可能存在t行數(shù)據(jù)“0”；同理，當離合器復位完成后，即數(shù)據(jù)“1”之后，可能存在r行數(shù)據(jù)“0”。為便于進行識別，需要將多余的t行“0”和r行“0”進行切割。

第2次切割：利用MATLAB對數(shù)組Q1中的加速踏板數(shù)據(jù)進行檢索，當檢索到數(shù)據(jù)由0→1時，將“1”之前的t行“0”切割掉，得到數(shù)組Q2。

第3次切割：對Q2中離合器踏板數(shù)據(jù)進行檢索，當檢索到數(shù)據(jù)由1→0時，將“1”之后的r行“0”切割掉得，到數(shù)組W，切割完成。

1.4 設定識別指標

依據(jù)上文建立的時序數(shù)組模型M，為識別換擋動作數(shù)組W，設定三級指標。識別流程如圖2所示。

圖2 識別流程

2 實例驗證

以某乘員某次駕駛訓練數(shù)據(jù)為例進行數(shù)據(jù)切割。首先對原始數(shù)據(jù)進行閾值處理和差值處理，然后進行3次數(shù)據(jù)切割，分別得到數(shù)組Q1、Q2和W，如表3所示。

按照建立的三級指標對數(shù)組W進行判定，判定到第三級指標時發(fā)現(xiàn):W與數(shù)組模型M中加速踏板數(shù)據(jù)“1”的時序性不一致;數(shù)組W中時序286、288行中“1”的前后順序與模型M中時序16、17行中“1”的前后順序發(fā)生顛倒。經(jīng)過分析可知:數(shù)組W的時序286行中，“1”表示“踏下加速踏板”，288行中“1”表示“松開離合器踏板”，即乘員在變速桿掛到2擋后先進行加油再松離合，與動作要領中“迅速平穩(wěn)地松回主離合器踏板，加油”不相符，即乘員顛倒了加速踏板和離合器踏板的操作順序。由此得出：對數(shù)組W的識別結果是“不規(guī)范的換擋動作”。

表3 3個操縱件原始數(shù)據(jù)及數(shù)組Q1、Q2和W(部分)

3 結論

針對坦克駕駛換擋動作數(shù)字化評價中難以將換擋數(shù)據(jù)從原始駕駛數(shù)據(jù)中切割出來的問題，筆者在進行數(shù)據(jù)閾值處理的基礎上，提出了一種按照變速桿→加速踏板→離合器踏板順序進行切割的方法。如何對切割得到的換擋動作數(shù)組進行智能化識別和全面評價是下一步研究的重點。

[1] 彭虎，張雨，岳杰，黃大山. 坦克駕駛換擋中離合操縱數(shù)據(jù)處理[J].微型機與應用，2014,33(16):81-83.

[2] 張進秋，石志濤，劉義樂，等.駕駛操作數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設計研究 [J].微型機與應用，2012,24(1):22-25.

[3] 劉義樂，劉峻巖，畢占東.基于操縱件狀態(tài)時序變化的車輛換擋動作識別方法[J].裝甲兵工程學院學報，2011,25(1):46-48.

[4] 張進秋，岳杰，石志濤，等.基于矩陣變換的坦克駕駛訓練數(shù)字化記錄與評判系統(tǒng)研究[J].裝甲兵工程學院學報，2012,26(6):31-34.

(責任編輯: 尚菲菲)

Cutting Method of Shifting Action Data in Tank Driving

WEI Zi-jian, ZHANG Jin-qiu, LIU Yi-le

(Brigade of Equipment Trail and Training, Academy of Armored Force Engineering, Beijing 100072, China)

Aiming at the problem that it is difficult to cut and get shifting action data from drive training data in digital evaluation of shifting action, based on data threshold processing, a new method following a sequence of shift lever, acceleration pedal and clutch pedal is put forward, achieving the cutting of shifting action data. By setting up array model of standard shifting action and three level identification index, the recognition of shifting action from cutting is completed.

tank driving; shifting action; data cutting

1672-1497(2017)02-0060-04

2016-11-04

魏子劍(1993-)，男，碩士研究生。

E923

A

10.3969/j.issn.1672-1497.2017.02.013