拖拉机换挡操纵舒适性评价方法研究

摘要

拖拉机作为农业生产的基础载具，主要用于牵引和驱动农业机械部件完成各项作业。舒适性是影响拖拉机产品质量与市场竞争力的重要因素，离合踏板作为重要操纵部件，是影响整车操纵舒适性的主要因素之一。本研究主要针对目前农机装备操纵舒适性定量研究较少且研究过程不够系统化等问题，以拖拉机换挡操纵过程为研究对象，在对舒适性的概念深入研究的基础上，探究拖拉机换挡操纵舒适性客观评价与操纵过程数字化描述的方法，以期为操纵舒适性提供系统化的研究思路。本文主要研究内容及结论如下:
　　(1)对换挡操纵舒适性影响因素进行深入分析，提出了换挡操纵舒适性的评价指标体系。从人机交互过程中的动力学特性对人体舒适性影响规律来定义操纵过程中的舒适性问题，从人体感知特性和力学特性两方面入手，选取了平均踏板力F、曲线下面积Ar、冲量Ip、非线性度I以及最大分离力Fmax五个参数作为拖拉机换挡操纵舒适性的评价指标。
　　(2)针对目前多种评价方法结论不一致的问题，提出了一种基于离差最大化的拖拉机换挡操纵舒适性组合评价模型。以八台农用拖拉机为研究对象，采集其离合器踏板力和踏板行程数据，以此为基础，分别采用灰色关联分析、基于熵的综合评价、信息熵排序、主成分分析、理想解法、改进理想解法五种典型的评价方法对拖拉机的换挡操纵舒适性进行评价，并采用KENDALL协和系数法对五种评价结论的一致性进行检验;之后，基于离差最大化思想，求解各种评价结论的组合权重，并对结论进行组合，计算得到拖拉机换挡操纵舒适性的组合评价值;最后，参考李克特五分量表，对拖拉机换挡操纵舒适性进行主观评价，并其将结果与组合评价结论进行对比，结果发现，组合评价结论与人体主观评价结果具有较好的一致性。
　　(3)针对舒适性评分值如何客观的分级的问题，尝试采用模糊聚类的方法进行操纵舒适性等级区间的划分。以舒适性评价指标集为特征集，采用模糊C-均值算法对采集的数据样本进行模糊聚类分析，并将样本数据划分为五类。根据舒适性评分值与评价指标之间的回归关系，将五类数据样本中包含四个特征的样本点转化为相应的舒适性评分值;最后，根据每一类样本点的概率分布函数的交点将评分值区间划分为五个区间，即:0～0.31、0.31～0.54、0.54～0.69、0.69～0.80以及0.80～1，完成舒适性评分值等级区间的划分。
　　(4)为能探究操纵过程中的影响舒适性的负面因素，提出一种换挡操纵舒适性的单元分析模型。以拖拉机换挡操纵过程为研究对象，根据操纵装置的物理特性和动作特性，将换挡操纵过程划分为四个单元，即自由行程单元、分离行程单元、进挡单元以及接合单元。以物元模型为基础，通过引入时间约束，建立多动作单元的耦合组，以此描述拖拉机换挡操纵过程。通过计算实际描述模型与目标模型的贴近度，建立操纵舒适性评价的单元分析模型，并基于此模型对拖拉机的换挡操纵舒适性进行定量分析与综合评价。研究表明:离合器的分离行程对拖拉机操纵舒适性的影响最大;以载具1为例，其总体舒适性评分值为0.8359，该评分值与多指标综合评价的评分值(0.8156)非常接近;此外，该模型还给出了载具各个单元的评分值，其值可直接反映研究对象的每一个薄弱环节;从各个单元的贴近度来看，其最薄弱的环节是进档单元(M3)。采用单元分析模型对操纵舒适性进行评价，评价结果不仅可以反映部件的操作舒适程度，而且还可以对整个操纵过程中的负面环节进行定位。这种方法可有效克服操纵舒适性概念的模糊性和总体评价的笼统性，避免主观评判的不确定性。相关研究成果可为拖拉机操纵装置的舒适性优化设计提供数据支持。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景与意义

1．2 操纵舒适性评价国内外研究现状

1．2．1 操纵舒适性研究现状

1．2．2 操纵舒适性评价研究现状

1．3 主要研究内容

1．4 技术路线

第二章 换挡操纵舒适性影响因素分析及评价指标体系的构建

2．1 离合器踏板操纵舒适性影响因素分析

2．2 操纵舒适性评价指标体系的构建

2．2．1 操纵舒适性评价指标构建原则

2．2．2 操纵舒适性评价指标体系的构建

2．2．3 主要评价指标的定义与阐释

2．3 离合器踏板力、行程数据采集

2．3．1 试验纲要

2．4 本章小结

第三章 基于离差最大化的换挡操纵舒适性组合评价模型

3．1 构建拖拉机换挡操纵舒适性组合评价模型

3．1．1 组合评价模型的构建思路

3．1．2 基于离差最大化的组合模型

3．2 几种典型评价方法

3．3 基于典型评价方法的拖拉机换挡操纵舒适性评价

3．3．1 初始评价矩阵的计算

3．3．2 基于典型评价方法的拖拉机换挡操纵舒适性评价

3．3．3典型评价方法结论一致性检验

3．4 基于离差最大化的换挡操纵舒适性组合评价

3．5 操纵舒适性评分值与评价指标的回归分析

3．6 操纵舒适性组合评价与主观评价结论对比

3．7 本章小结

第四章 基于聚类分析的舒适性区间划分

4．1．1 模糊C-均值聚类方法

4．1．2 试验数据处理

4．1．3 样本分类

4．2 舒适性评分值的判别分析

4．3 舒适性评分值区间划分

4．4 本章小结

第五章 换挡操纵舒适性评价的单元分析模型

5．1 操纵单元数字化描述

5．2 操纵过程的动作单元划分

5．3 单元指标组合权重的确定

5．3．1 层次分析主观计权

5．3．2 熵权法客观计权

5．3．3 组合权重

5．4 操纵过程多动作单元耦合

5．4．1 物元模型

5．4．2 操纵过程数字化描述

5．5 负面因素定位模型

5．6 基于单元分析模型的评价结论

5．7 基于MATLAB的图形界面评价程序

5．8 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 全文总结

6．2 展望

参考文献

附录

致谢