驾驶过程中离合操纵的数据处理方法

刘峻岩， 彭　虎， 张进秋， 高　恒， 韩朝帅

(1. 装甲兵工程学院装备试用与培训大队， 北京 100072； 2. 装甲兵工程学院技术保障工程系， 北京 100072；3. 南京炮兵学院自行火炮教研室， 江苏 南京 211132； 4. 63960部队， 北京 102205)



驾驶过程中离合操纵的数据处理方法

刘峻岩1， 彭虎2， 张进秋1， 高恒3， 韩朝帅4

(1. 装甲兵工程学院装备试用与培训大队， 北京 100072； 2. 装甲兵工程学院技术保障工程系， 北京 100072；3. 南京炮兵学院自行火炮教研室， 江苏 南京 211132； 4. 63960部队， 北京 102205)

为解决坦克装甲车辆驾驶过程的数据处理及应用等问题，以某次驾驶过程中单次完整的离合操纵位移数据为例，提出了去“突变”值、平滑处理及折点判定的3步数据处理方法，并对设定的操纵速度、持续时间等指标进行了判定。结果表明：该数据处理方法能有效处理原始数据、识别离合操纵的各个折点，通过计算机判定各个指标的结果正确且有效，为驾驶评判提供了参考。

坦克装甲车辆； 驾驶； 离合操纵； 平滑处理

驾驶技能评判作为驾驶训练及考评驾驶员技术水平的方式，对纠正驾驶过程中存在的问题及提高驾驶训练效率具有重要作用。但传统的评判采取教练员评分的方式，主观性强且难以发现驾驶员操纵存在的问题。因此，为适应军事训练转型，实现驾驶的数字化评估具有重要意义。通过在车内安装传感器采集驾驶操纵及车辆状态数据，利用数据来纠正驾驶过程中的错误操纵动作及判定驾驶员操纵水平，是驾驶训练迈向信息化的趋势。但实车直接采集的数据受噪声干扰，误差较大，不能直接应用，此外还需判定操纵起止点等指标，因此需要进行数据处理[1-2]。基于此，笔者在某次驾驶过程中单次完整的离合操纵位移数据的基础上提出数据处理方法，并对设定的指标进行判定，以期为驾驶评判提供参考。

1　离合操纵过程

由文献[3]可知：单次离合操纵可分为踏下、松开离合器踏板2个过程，其中松开离合器踏板时前2/3平稳，用于控制松开的速度和时机，后1/3可快松。按照上述操纵过程，离合器松开时可得到6个转折点，分为5个阶段，单次完整的离合操纵如图1所示。

图1　单次完整的离合操纵示意图

假设驾驶员每次完整的离合操纵均符合该过程，则通过MATLAB编程寻找到这6个转折点，进而确定踏下及松开离合器踏板的时机，即离合各阶段操纵速度、持续时间等，判定驾驶员是否按照操纵规程和要领操纵离合器踏板。

2　设定指标

根据其操纵特点及评判需求，提出5个阶段各自的持续时间ti(i=1,2,…,5)、整个离合操纵持续时间ttotal、各阶段的操纵速度vi、松离合时半离合点位移及操纵正确性4类指标[4]。

采用拉线式位移传感器离合操纵位移进行测量，其范围为0～200 mm，初始传感器位移为30 mm，离合踩到底时最大位移为230 mm，半离合点的位置在130～170 mm之间，即占总行程的50%～70%。各指标的计算方法如下：设数据采集次数为Ni，然后利用

ti=Ni/f

(1)

计算持续时间，其中f为数据采集频率；通过

vi=si/ti

(2)

计算操纵速度的平均速度，其中si为变化的位移；持续总时间为

(3)

受各阶段影响较大，ttotal范围较宽，在1.3～8.4 s之间，驾驶员操纵越熟练，ttotal越小，以此作为评价驾驶技能的指标。单次离合操纵各指标值如表1所示。

表1　单次离合操纵各指标值

3　数据处理过程

由于部分路况颠簸产生的干扰噪声会对实际采集的数据产生波动影响，因此需要进行数据处理，流程如图2所示。首先，对原始数据进行去“突变”值(非正常操纵引起的变化较大且不符合规律的数据)处理，以降低非正常操纵引起的数据变化及波动，提高数据可用性；其次，对其进行平滑处理，以改善数据的可读取性，避免由于“突变”值的硬性去除而使得程序在读取过程中陷入“死区”；再次，判定各个折点，用以对各指标进行定量计算及分析；最后，计算及判定各个指标的值[5-6]。以某次驾驶过程中的一次完整离合操纵数据为例，对其处理过程进行分析。

图2　数据处理流程

3.1去“突变”值处理

经多次编程测试，结合离合操纵特点及驾驶经验，确定“突变”值的阈值λ=5 mm。去“突变”值处理过程包含以下2个阶段：

1)位移差值dj的比较。

(4)

式中：x为标准位移；xj为测量位移；N>5。

车辆行驶过程中，由于本身的振动或者路面不平引起的颠振会导致离合器纵拉杆位移围绕原始位移来回波动，每一次数据采集的点都会记录对应纵拉杆位移值。与标准位移相比，波动会使位移偏高或偏低，为了在逐点比较过程中排除符号对处理结果的影响，第1步进行绝对值差值计算。

2)“突变”位移点的处理。

(5)

当dj>λ，且向前、后推5个点的值(dj±5)均比阈值小时，则认为这个点是“突变”点，若xj>x则将该点的值用上限值x+λ取代，若xj

图3　原始曲线与去“突变”值处理后曲线对比

3.2平滑处理

正常的离合器操纵应当是一组连续变化的过程，经上一步处理后“突变”值位置与其余数据不能平滑过渡，采用三点算术平均法进行多次平滑处理，得到可判定和应用的新数据曲线[4]。本例中的离合原始数据如表2所示。

采用三点算术平均法进行处理：x1=x1，x2=(x1+x2+x3)/3，x3=(x2+x3+x4)/3，…，xN-1=(xN-2+xN-1+xN)/3，xN=xN。其结果如表3所示。其中：x1和xN不变，中间数据都要经过处理，且平滑处理不少于20次才能达到指标判定的要求。经试算，当进行到第24次时，精度能满足要求，其结果如图4所示。

表2　离合原始数据

表3　三点算术平均法处理结果

3.3折点判定

程序按时间轴顺序依次读取数据，查找从某点开始数据逐渐变大/变小的点，若存在这样的不可逆趋势，则计算每个数据与对应的稳定值之差，差值大于5 mm的第1个点即为折点，其结果如图4所示。

图4　平滑处理及折点判定结果

3.4指标值计算及判断

根据指标值统计计算方法对各指标结果进行判定。图4中的原始值为经去“突变”值处理后的数据，而处理值为经三点算术平均法平滑处理后得到的数据，其中的6个折点分别用不同的符号表示。从图4中可以看出：经过平滑处理，数据曲线变得光滑且易读取，6个折点也能准确地定位，满足了平滑处理及折点判定的要求。根据图4确定各个折点的位置坐标，如表4所示。

表4　各个折点的位置坐标

数据采集频率设置为100 Hz，根据式(1)-(3)判定得出的各指标值如表5所示。

表5　判定得出的各指标值

从表5中可以得出如下结论：

1)操纵速度。按照要求，离合操纵应该符合“快—慢—快”的操纵特点，分别对应表中1、3、5三个阶段，表中0.392>0.21，0.21<0.251，即表示此次离合操纵符合离合操纵要求。

2)持续时间。通过与表1的对比，各个阶段的持续时间基本与标准值相吻合。由于驾驶员操纵的熟练程度、车辆的性能状况以及对应的路况条件对离合操纵时间影响较大，因此不能准确地通过限定时间来评价其操纵的好坏。但离合操纵规律是不变的，由于ttotal=2.63 s，在1.3～8.4 s范围内，因此本次操纵符合离合操纵规律。

3)正确性。t4=0.76 s>0 s，说明此次操纵存在半离合点，驾驶员按照松离合要领将此过程前后分割开，符合驾驶要求，表明其操纵正确。

4)半离合点。半离合点位置与初始位置之间的位移分别为103、107 mm，总行程为200 mm，分别占总行程的51.5%和53.5%，在规定的50%～70%范围之内，说明半离合点位置正确；但百分比的值偏低，说明驾驶员平稳松离合过程结束稍早，应该适当延长平稳松离合的阶段。

综上，此次操纵符合离合操纵规律及要求，为一次完整且正确的操纵过程，这表明：通过数据处理不仅能够排除“突变”值的影响，清晰地判定各个折点以及统计分析各个指标的值，还可以标志离合操纵的正确性以及通过持续总时间判定驾驶员操纵水平，说明该数据处理方法是有效的。

[1]石志涛. 装甲车辆基础驾驶动作识别与技能评价研究[D].北京：装甲兵工程学院，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]罗剑. 装甲车辆驾驶技能评判研究[D].北京：装甲兵工程学院，2011.

[4]荆强，罗剑，高永强，等. 基于驾驶员行为特性的驾驶技能评价指标研究[J]. 汽车工程学报， 2011, 1(2): 153-158.

[5]刘义乐，刘峻岩，毕占东. 基于操纵件状态时序变化的车辆换挡动作识别方法[J]. 装甲兵工程学院学报，2011, 25(1):45-48.

[6]张进秋，岳杰，石志涛，等. 基于矩阵变换的坦克驾驶训练数字化记录与评判系统研究[J]. 装甲兵工程学院学报, 2012, 26(6): 30-34.

(责任编辑: 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

刘峻岩(1975-)，男，讲师，硕士。

E923.1

A

10.3969/j.issn.1672-1497.2016.04.010