汽车内室操纵力舒适度评价系统及评价方法

摘要

汽车内室操纵力舒适度评价系统及评价方法，其特征是系统组成包括由模/数转换数据采集卡、采集通道、车载计算机主板、键盘、显示器在内的输入输出装置构成的车载数据采集装置；针对各操纵装置设置用于实时测量驾驶员对汽车内室中操纵装置施加的作用力和作用力的位移量传感器，以外部传感器采集到的信号作为数据采集系统的数据采集源，对计算机的并行接口数据传输路径进行设定，利用多个数据采集接口对不同的传感器同时进行数据采集。评价方法是以系统测得的反映驾驶员对汽车内室中操纵装置施加的作用力和作用力的位移值变化特征的实时曲线，与相应车型舒适度的标准曲线相比较，以曲线的相关程度进行舒适性程度的评价。本发明能够根据汽车制造企业的实际需求对汽车进行舒适度测评。

说明书

技术领域

本发明涉及应用在汽车生产现场中的质量检测系统，更具体地说是对汽车进行品质评价的汽车内室操纵力舒适度评价系统及评价方法。

背景技术

目前，在汽车制造企业的生产中，人性化的要求逐渐变得不可或缺，对汽车内室各类与人体有直接作用关系的操纵装置，更要求其满足人体舒适性要求，尤其是与人体疲劳以及劳动损伤有密切联系的力学特征的舒适性要求，比如转向器的转动阻力的设定、离合踏板液压传动压力值的设计等，均需要满足人体舒适性要求。但是，现在对汽车内室操纵力舒适性的评价主要依据工人的主观判断，或者利用手工记录一些数据采集设备上所显示的瞬时值来进行模糊判断，从而区分其是否满足舒适性要求。这一种判断过程只能凭借工人的主观感觉粗略的进行评判，而且基本是数据采集后进行后期判断，实时性差，误判性较大，在检验过程中耗费了较大的成本。

发明内容

本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种汽车内室操纵力舒适度评价系统及评价方法。以期节省汽车内室操纵力舒适度测评的过程成本、提高测评结果精度、快速高效地对汽车产品进行操纵装置力学特征的舒适度评价。

本发明解决技术问题所采用的技术方案是：

本发明汽车内室操纵力舒适度评价系统的特点是其系统组成包括：

数据采集系统，采用一体化设置，是由模/数转换数据采集卡、采集通道、车载计算机主板以及包括键盘、显示器、接口在内的输入输出装置构成的车载数据采集装置；

各外部传感器，针对包括离合踏板、油门踏板、转向器、手动制动手柄、换档器手柄在内的各操纵装置设置用于实时测量驾驶员对汽车内室中操纵装置施加的作用力和作用力的位移量传感器，以所述外部传感器采集到的电压或电流模拟信号作为所述数据采集系统的数据采集源；

多通道采集，通过软件对计算机的并行接口数据传输路径进行设定，利用多个数据采集接口对不同的传感器同时进行数据采集。

本发明利用汽车内室操纵力舒适度评价系统的评价方法的特点是：

以所述系统测得的反映驾驶员对汽车内室中操纵装置施加的作用力和作用力的位移值变化特征的实时曲线，与相应车型舒适度的标准曲线相比较，以所述实时曲线和标准曲线的相关程度进行舒适性程度的评价。

本发明评价方法的特点是按如下步骤进行：

a、建立标准曲线：对所评价车型的已成熟产品进行筛选，选择达到舒适度要求的产品，利用所述数据采集系统进行数据采集，根据实际需求选取一段时间区域的多个时刻点组成横坐标轴，求得多次采集的数据在各个时刻点上的数学期望值，将数学期望值作为纵坐标投影到评价时间段多个时刻点所形成的时间轴上，绘制该车型操纵舒适性的数学期望曲线，根据实际操纵所得曲线对数学期望曲线进行修正，作为后期评价过程中的标准曲线，存入数据库；

b、测量实时曲线：利用所述数据采集系统对被测车行驶过程中的操纵装置进行数据采集，以评价过程所耗用的一段时间区域的时间为横坐标，利用该段时间内采集到的数据为纵坐标的值，将各个时刻所对应的数据值作为每个时刻所对应的纵坐标值，将这样的各个坐标点投影到坐标系中，形成评价所需要的实时曲线。

c、判定实测曲线与标准曲线相关程度：

所述实测曲线以及标准曲线均是由数据集合在变化的时间轴上投影所得，可设：

实测曲线所代表的数据集合为：A＝{x₁，x₂，…，x_i}，i为采集数据的个数；

标准曲线所代表的数据集合为：$B=\{x_1^{\prime },x_2^{\prime },···,x_i^{\prime }\},$i为采集数据的个数；

两组曲线所代表的数据集合的相关系数为：

$\left(\begin{array}{cc}\rho (A,B)=\frac{\Gamma (A,B)}{\sqrt{D\left(A\right)}·\sqrt{D\left(B\right)}}& (0<\rho <1)\end{array}\right)---\left(1\right)$

相关参数计算为：D(A)＝E[X(A)-m(A)]²

                D(B)＝E[X(B)-m(B)]²

                Γ(A，B)＝cov[X(A)，X(B)]＝E[(X(A)-m(A))(X(B)-m(B))]

其中，X(A)、X(B)表示数据集合A、B的元素，m(A)、m(B)表示数据集合A、B的均值函数；符号“E”表示数学期望的计算；

用四分法对ρ取值空间进行划分：

区间1：ρ为0.75～1，  区间2：ρ为0.5～0.75，

区间3：ρ为0.25～0.5，区间4：ρ为0～0.25；

设定评价标准：所述区间1～4分别对应的舒适度评价集为：{C₁，C₂，C₃，C₄}＝{良好，合格，偏低，太差}；

根据公式(1)所获得的相关系数ρ，利用所述评价标准，做出与相关系数ρ所在区间相对应的舒适度评价结论。

与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：

1、由于已有数据采集装置多如仪表类型，需由人工手动记录所测数值或者测得数据后存储到存储设备中以供后期评价使用，其实时性、准确性都有所不足。本发明中的数据采集系统利用多通道采集方法进行实时数据采集与数据处理，有效避免了数据遗漏的情况以及人工记录所耗费的管理成本，提高了采集的准确性，降低了数据采集这一工作环节的成本。

2、由于汽车内室操纵力舒适性是在动态过程中反映出来的汽车产品的一种属性，因此评价时的数据变化过程也应当与这一动态过程相对应，以提高评价的准确性；本发明将数据采集模块与计算机系统中的数据处理模块集成为一个整体，可以在汽车运行过程中进行数据采集与处理，因此数据具有很高的实时性，准确的记录了实际操纵情况下的动态数据。

3、已有技术对汽车内室操纵力舒适度进行评价时，一般是通过实际操作以及观察数据变化进行经验判断，缺乏敏捷性与客观性，而且针对不同车型进行评价时，由于是人为经验判断，会产生一定的感觉偏差，在柔性方面也有不足。本发明利用实时曲线与标准曲线相关程度判定的方法进行评价，一方面可以针对不同车型制定不同的标准曲线，提高了评价的柔性；一方面在操纵过程结束的同时评价结果就能得出，提高了评价的敏捷性；最后，评价是通过数学计算进行，提高了评价的客观性。

附图说明

图1为本发明系统构成框图。

图2为本发明评价方法示意图。

图3为本发明评价过程数据流程图。

以下通过具体实施方式，结合附图对本发明作进一步说明。

具体实施方式

参见图1，各外部传感器是针对包括离合踏板、油门踏板、转向器、手动制动手柄、换档器手柄在内的各操纵装置设置用于实时测量驾驶员对汽车内室中操纵装置施加的作用力和作用力的位移量传感器，以外部传感器采集到的电压或电流模拟信号作为所述数据采集系统的数据采集源；系统采用一体化设置，是由模/数转换数据采集卡、采集通道、车载计算机主板以及包括键盘、显示器、接口在内的相关输入输出装置构成车载数据采集装置；通过对数据的采集，首先计算出标准曲线进行存档，存入企业数据库；然后在对产品进行测评时，再由数据采集系统采集的实时数据为基础绘制实时曲线，同时从企业数据库中抽取所测评车型的舒适性标准曲线，通过标准曲线与实时曲线相关度的计算评价所测产品的舒适性程度，满足舒适性标准的产品信息反馈回企业数据库；评价全过程通过软件编制的人机交互界面在系统外置显示器上进行操作与显示。

参见图2，当驾驶员操纵汽车内室各类装置时，实质上是向操纵装置输入三个变量：操纵力F、操纵位移S、时间t，由传感器将操纵装置所反映出的操纵力F与操纵位移S进行测量，通过采集卡将数据经由设定的不同通道进行采集，并由内置计算机系统进行分析与处理，将实时数据投影到时间轴上，形成实时曲线；如果多通道同时采集，将形成实时曲线的集合；同时抽取企业数据库文件中所测评车型的标准曲线集，然后进行实时曲线与标准曲线的配对比较，判定两者的相关程度，从而完成对该辆汽车产品的汽车内室操纵力舒适度的评价。

具体实施中，数据采集卡选择研华PCL-813型数据采集卡，这是一种12位32路A/D数据采集卡，能够对每路模拟量输入提供电压保护，常用于工业测量和监控，用此采集卡进行数据采集，能够满足驾驶过程中震动较大等不稳定状况的要求。

内置计算机系统，采用车载计算机主板以及工业级内处理器，相关辅件由实际需要确定。

具体实施中，通过计算相关系数判定实时曲线与标准曲线相关程度，从而对汽车内室操纵力舒适度进行评价的方法，其基础是计算两随机变量集的相关程度。两随机变量集相关系数的建立方法为：

设实时曲线所代表的数据集合为：A＝{x₁，x₂，…，x_i}，i为采集数据的个数；

设标准曲线所代表的数据集合为：$B=\{x_1^{\prime },x_2^{\prime },···,x_i^{\prime }\},$i为采集数据的个数；

则两组曲线所代表的数据集合相关程度(即是两曲线的相关程度)为：

$\left(\begin{array}{cc}\rho (A,B)=\frac{\Gamma (A,B)}{\sqrt{D\left(A\right)}·\sqrt{D\left(B\right)}}& (0<\rho <1)\end{array}\right)$

由于标准曲线的数据集是处理之后存档于企业数据库文件中的，可以直接调用，因此只需通过实时曲线的数据集计算相应的计算参数，通过以上所设：

实时曲线所代表的数据集合为：A＝{x₁，x₂，…，x_i}

建立方程组：

$\left(\begin{array}{c}\Gamma (A,B)=\mathrm{cov}[X\left(A\right),X\left(B\right)]=E\left[(X\left(A\right)-m\left(A\right))(X\left(B\right)-m\left(B\right))\right]\\ D\left(A\right)=E{[X\left(A\right)-m\left(A\right)]}^2\\ m\left(A\right)=\underset{a=0}{\overset{i}{\Sigma }}{x}_a/i\\ m\left(B\right)=\underset{b=0}{\overset{i}{\Sigma }}{x}_b/i\end{array}\right)$

通过以上方程求解得到D(A)、Γ(A，B)，结合D(B)则可计算的出相关程度系数：

$\left(\begin{array}{cc}\rho (A,B)=\frac{\Gamma (A,B)}{\sqrt{D\left(A\right)}·\sqrt{D\left(B\right)}}& (0<\rho <1)\end{array}\right)$

由于相关系数ρ的可能数值集{ρ₁，ρ₂，…，ρ_n}(n为测评次数)构成相关程度这一属性空间的一个强序分割类，故可采用置信度准则来识别ρ属于哪一个评价类。由于置信度准则是从“强”的角度考虑的，即认为越“强”越好，而且“强”的类应占相当大的比例，这与相关系数本身的定义也相符合，即越接近“1”，表明相关度越高，因此结合实际试验用四分法对ρ取值空间进行划分：区间1为0.75～1，区间2为0.5～0.75，区间3为0.25～0.5，区间4为0～0.25，分别对应的舒适度评价集为：{C₁，C₂，C₃，C₄}＝{良好，合格，偏低，太差}。

根据实时曲线与标准曲线相关程度系数所在评价集合的分级区间，就可以对被测车辆的内室操纵力舒适度进行评价。

由试验可知，本发明系统重复性好、精确度高，利用该系统可实现对汽车产品的内室操纵力舒适度的快速、准确、客观的评价。