輪式步兵戰車駕駛模擬訓練評估研究

丁 蘋，薛 青，馬 楊，崔文靜

(1.裝甲兵工程學院，北京 100072； 2.陸軍參謀部第2通信站，北京 101114)

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輪式步兵戰車駕駛模擬訓練評估研究

丁 蘋1,2，薛 青1，馬 楊2，崔文靜2

(1.裝甲兵工程學院，北京 100072； 2.陸軍參謀部第2通信站，北京 101114)

針對輪式步兵戰車駕駛模擬訓練評估研究尚不完善，模擬器更多地起到 “體驗駕駛”的作用，對于提高訓練效率的作用發揮還不明顯，提出以駕駛動作為評估目標的評估指標體系；采用層次分析法和模糊綜合評估的方法，不僅得到駕駛訓練成績，還實現了駕駛過程評估；通過評估，對提高訓練效率具有重要意義。

步兵戰車；駕駛模擬訓練；評估本文引用格式：丁蘋，薛青，馬楊，等.輪式步兵戰車駕駛模擬訓練評估研究[J].兵器裝備工程學報，2017(7):50-56.

目前，對步兵戰車駕駛模擬訓練的研究，多數著眼于模擬設備是否完備，仿真程度和模擬界面是否逼真，對模擬器評估方面研究尚不完善，使得模擬器在提高訓練效率的作用上發揮得還不明顯。本文以駕駛動作為評估目標，通過評估，使受訓者更加精準地找到訓練中的問題及原因，從而提高模擬器利用率，達到提高訓練效率的目的。

1 建立評估指標體系

駕駛動作單元是所有駕駛動作的基礎，也是仿真系統傳感器可以采集到的訓練數據。它們分別是打開電源總開關(pn)、關閉電源總開關(pf)，按下機油泵按鈕(pp)、松開機油泵按鈕(rp)，按下警報按鈕(pa)、松開警報按鈕(ra)，按下起動按鈕(ps)、松開起動按鈕(rs)，踩油門(ap)、松油門(ar)，踩離合器踏板(cp)、松離合器踏板(cr)，踩制動器踏板(bp)、松制動器踏板(br)，轉動方向盤(rw)和操作變速桿(G)。

基本駕駛動作是駕駛動作單元按照不同的時間順序組成的操作序列。根據教范規定和部隊調研實際，步兵戰車基本駕駛動作包括發動、起車、制動、停車、換擋、轉向等6種。這6種駕駛動作貫穿于不同駕駛訓練的全過程，因此將它們作為評估駕駛動作的一級指標，為了更全面地實現對駕駛動作的評估，本文將一級指標細化為各二級指標，如表1所示。根據駕駛動作單元提出影響二級指標的指標因素，如表2所示，并對其進行說明，如表3所示。

表1 評估指標體系中的一級和二級指標

表2 影響二級指標評估的相關指標

表3 駕駛動作單元指標說明

本文以一級指標換擋、二級指標換高擋為例，經過數據預處理，選取相關性不為0的指標作為換高擋的三級指標建立駕駛動作評估指標體系。如表4。

表4 駕駛動作評估指標(2擋換3擋)

2 駕駛動作評估指標賦權

主客觀結合賦權法中的層次分析法(Analytic Hierarchy Process，AHP)是通過兩兩比較下層元素對于上層元素的相對重要性并構造判斷矩陣，把主觀判斷用數量形式表達和處理，以求得評價指標的權重的方法。

本文以某次2擋換3擋訓練科目為例，運用層次分析法，對各級指標賦權重。

2.1 確定思維判斷定量化標度(表5)2.2 構造判斷矩陣

聘請6位專家依據指數標度準則對三級指標(14個指標)進行判斷和標度，以其中一位專家的比較結果為例構造判斷矩陣K=(kij)14×14：

易知矩陣K具有如下性質：kij>0，kij=1/aji，kii=1。

2.3 計算相對權重

將矩陣輸入Matlab2010b，得出特征根λ=13.126 1，權重向量ω=(0.342 7，0.134 9，0.152 1，0.214 7，0.227 4，0.211 4，0.219 3，0.243 2，0.210 4，0.251 8，0.343 0，0.241 7，0.232 1，0.367 0)T。歸一化得到各三級指標權重值(0.113 1，0.021 8，0.054 7，0.065 4，0.052 7，0.071 1，0.072 6，0.072 2，0.053 9，0.071 8，0.102 2，0.079 3，0.075 4，0.110 8)。

表5 指數標度

2.4 檢驗一致性

引入一致性指標CI進行檢驗，本例中解算得出CI=0.001，則認為矩陣K的一致性較好，不需要重新判斷。按此方法求得其他5組權重值，將6組平均值作為最終權重，如表6所示。

同樣的方法對二級和一級指標賦權。

表6 換高擋的三級指標的權重(平均值)

3 指標的數學模型

3.1 操作次序數學模型

定義操作序次Di=d1，d2，…，dn；其中dn是駕駛動作單元。

3.2 油門操作指標的數學模型

在評價指標體系中，與油門操作有關的指標有踩、松油門幅度，踩、松油門的快慢，踩、松油門的平穩性。參見圖1。

1) 踩、松油門的幅度。踩油門的幅度是指踩油門后的踏板位置，在不同的車速、擋位、路況下是不同的，因此用踏板最大行程的百分比表示。設油門最大行程為smax，踩油門的百分比為n%，由圖1可得兩次踩油門幅度的表達式分別為

sap12=smax×n%

sap22=smax×n%

同理，松油門的幅度為

sar2=smax×n%

圖1 油門操作曲線

2) 踩、松油門的快慢。操作的快慢體現在踩油門的幅度發生定值的變化(傳感器的測量值發生定值的變化)所用的時間長短。

設單項操作開始的時刻為tx1，結束的時刻為tx2。用Δtap1表示第一次踩油門的快慢(s)，則在油門幅度發生Δsap1=sap12-sap11變化時，第一次踩油門花費的時間為

Δtap1=tap12-tap1

在油門幅度發生Δsap2=sap22-sap21變化時，第二次踩油門花費的時間為

Δtap2=tap22-tap21

同理，在油門幅度發生Δsar=sar2-sar1變化時，松油門花費的時間為

Δtar=tar2-tar1

同理，松油門的偏離度：

3.3 離合器踏板操作指標的數學模型

在評價指標體系中，與離合器踏板操作有關指標有踩、松離合器踏板幅度，踩、松離合器踏板的快慢，參見圖2。

圖2 離合器踏板操作曲線

1) 踩、松離合器踏板幅度

對于離合器踏板幅度操作與油門操作相同，數學表達式分別為

scp2=smax×n%

scr2=smax×n%

2) 踩離合器踏板的快慢

離合器踏板幅度經過Δscr2=scr2-scr1變化花費時間為

Δtcr=tcr2-tcr1

3) 松離合器踏板的快慢

教范要求松離合器踏板前2/3快而后1/3慢。如圖2，則松主離合器踏板的快慢有兩個時間分別為：

離合器踏板幅度經過Δscr1=scr1-si變化花費的時間：

Δtcr1=ti-tcr1

離合器踏板幅度經過Δscr2=si-scr2變化花費的時間：

Δtcr2=tcr2-ti

松離合器踏板快慢變化時機為快慢變化時刻前松主離合器踏板的幅度與完全松主離合器踏板幅度的比值，用e表示快慢變化時機，則：

e=Δsi/Δscr=(scr1-si)/(scr1-scr2)

3.4 油門和離合器踏板配合操作指標的數學模型

在評價指標體系中，與油門和離合器踏板配合操作有關的指標是油門和離合器踏板的配合性。參見圖3。

圖3 油門和離合器踏板配合操作曲線

油門和離合器的配合性用松油門初始時刻tar1與踩離合器踏板初始時刻tcp1之間的時間間隔Δtac1和第二次踩油門初始時刻tap21與松離合器踏板初始時刻tcp1之間的時間 Δtac2進行表示：

Δtac1=|tar1-tcp1|

Δtac2=|tap21-tcr1|

3.5 操作的連貫性和完成的時間

操作的連貫性可用各駕駛動作單元的時間間隔總和表示，參見圖4。

圖4 標準二擋換三擋操作生成曲線

操作的連貫性可用各駕駛動作單元的時間間隔總和表示。參見圖4，2擋換3擋操作中各駕駛動作的時間間隔為Δt1=tl11-tap2，Δt2=tg1-tcp2，Δt3=tl21-tg2。用T表示動作的連貫性，則：

T=Δt1+Δt2+Δt3=

tl11-tap12+tg1-tcp2+tl21-tg2

完成的時間用第1項操作開始至最后1項操作結束時間間隔來表示。參見圖4，用ΔtB表示完成的時間(s)，則：

ΔtB=tl22-tap11

4 單個指標的評估模型

確定性指標評估模型建立較為簡單，直接同標準對比，等于標準指標的就為正確，評價為優秀，不等于標準指標的就為錯誤，評價為差。本節重點針對模糊性指標，以越小越好型指標松油門幅度為例說明模糊性指標評估模型如何建立。

4.1 定義評價集

定義評價集f=(fl，f2，f3，f4)=(優秀，良好，中等，差)=(100，85，70，55)。隸屬度rj為對指標松油門幅度B4ar作出fj(j=1，2，3，4)評價的可能性大小。

4.2 計算標準值的均值和方差

教范規定換擋時需松油門至怠速位置，由專家劃分對應各評語的標準區間。如表6所示。

由預處理過的操作數據表示油門最大行程為smax=1，計算該專家確定的松油門幅度的標準值區間，如表7所示。

取1位專家確定的各個標準區間最大值和最小值的均值為標準值，經計算后的標準值如表8所示。

聘請6位專家確定模糊性指標的評價標準，計算6組標準值的均值和方差，計算后的標準值均值和方差。如表9所示。

表6 專家調查表

表7 計算后的標準值區間

表8 某專家確定的松油門幅度標準值

表9 6位專家確定的松油門幅度標準值均值和方差

4.3 構建隸屬函數

優秀：

良好：

中等：

差：

某1名受訓者進行1次2擋換3擋操作，經過操作數據的預處理，再通過指標的數學模型轉化成對應的數值，如表10所示。

表10 某次2擋換3擋操作中指標量化后的值

將sar=0.26代入隸屬函數rZ4ar1，rZ4ar2，rZ4ar3，rZ4ar4得到R=(0.349 6，0.003 1，0，0)，歸一化得模糊評價結果(0.991 2，0.008 8，0，0)，根據最大隸屬度原則，評語為優秀，量化分值為(100×0.349 6+85×0.003 1+70×0+55×0) /(0.349 6+0.003 1+0+0)=99.87。

其余模糊性指標照此方法評估，得到所有單個指標模糊向量、評語和量化分值。

5 建立綜合評估模型

單個評估模型建立后，得到所有三級指標模糊向量、評語和量化分值，進而綜合三級指標評價結果。由各3級指標的模糊向量構成的模糊矩陣：

3級指標的權重集AW8=(0.109 0，0.040 9，0.040 6，0.057 9，0.058 4，0.072 9，0.071 1，0.072 6，0.059 5，0.072 9，0.102 2，0.072 4，0.069 1，0.101 4，)。

同樣的方法得到一級指標評價結果，評語為優秀，量化分值為90.1。

綜上，不僅得到了最終的評價結果，還得到了每個駕駛動作的評語和量化分值，為下一步訓練起到很好的指導作用。

6 結論

本文首先建立駕駛動作評估指標體系，利用層次分析法賦指標權重，并以換擋為例，建立指標的數學模型，完成單個指標評估，進而采用模糊綜合評估方法，實現駕駛動作的綜合評估。通過評估，受訓者不僅得到最終結果，還實現了駕駛過程評估,這對提高訓練效率具有重要意義。

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(責任編輯 周江川)

Research on the Evaluation of the Driving Simulation Training of the Wheeled Infantry Fighting Vehicle

DING Ping1,2， XUE Qing1, MA Yang2， CUI Wenjing2

(1.Department of Equipment Command and Administration，Academy of Armored Force Engineering, Beijing 100072, China； 2.Department of the Army Staff’s Second station, Beijing 101114, China)

According to that the wheeled infantry fighting vehicle driving simulation training evaluation is not perfect, the simulator plays more on “driving experience”, and its purpose to improve the training efficiency function is not obvious, thus it puts forward the evaluation index system for the assessment of the target by driving action.The analytic hierarchy process and fuzzy comprehensive evaluation method are used to obtain the driving performance and the driving process evaluation. It is of great significance to improve the training efficiency.

infantry; driving training simulator; assessment

10.11809/scbgxb2017.07.011

2017-03-25；

2017-04-20

丁蘋(1985—)，女，碩士，助理工程師，主要從事裝備作戰與保障仿真研究。

format:DING Ping，XUE Qing, MA Yang，et al.Research on the Evaluation of the Driving Simulation Training of the Wheeled Infantry Fighting Vehicle[J].Journal of Ordnance Equipment Engineering,2017(7):50-56.

TJ06

A

2096-2304(2017)07-0050-07