专利名称：整车道路虚拟试验系统及其试验方法
技术领域：
本发明属于汽车制造工艺的技术领域，涉及汽车整车的试验系统，更具体 地说，本发明涉及一种整车道路虚拟试验系统。另外，本发明还涉及该试验系 统所采用的试验方法。
背景技术：
汽车工业作为一个重要的制造行业，其特点是产量大、品种多、产品使用 条件复杂，对产品的性能、寿命和成本各方面要求很高，涉及的技术领域极为 广泛，许多理论问题研究还不够充分，不少设计问题还不能根据现有的理论建 立数理模型，做出可信赖的预期。只有通过整车道路试验，来获得必要的技术 参数。所以，整车道路试验成为整车设计开发的最为关键环节之一，它既是验 证已有设计合格与否的有效途径，又为进一步的改进和优化设计提供试验依据。
整车道路试验经历了试车场试验阶段、室内道路模拟试验阶段，已经积累 丰硕的成果并形成了许多成熟的理论，但是因整车道路的试车场试验花费时间 过长、试验成本过高，特别是由于驾驶员、环境和试验道路等因素的变化而无 法得出一致的试验结果。因此本领域的技术人员希望获得试验进程更快、重复 回放性更好、试验结果更准确；同时可以大大降低开发费用、缩短开发周期的 试验方法。
室内道路模拟试验的设备主要是道路模拟机，其工作原理是利用计算机软 件生成驱动振动台的驱动信号，由测控系统输出到振动台实施激振；同时，测 控系统采集试件和振动台的响应和状态，并把数据传到计算机中，迭代出满足 一定精度的激励信号，再利用迭代获得的满足精度要求的激励信号来直接驱动振动台，从而进行模拟道路试验。其数据处理主要是通过对试验道路上汽车响 应数据进行编辑，强化试验条件，缩短试验时间，从而达到加速新产品研发的 进程，快速地得到可靠性、耐久性性能方面的结论，所以不可避免的会出现试 验失真情况，同时由于其不能对试验进程进行回放及数据实时调�。Ｄ夥抡� 效果不理想，不能较好的表现实际试验工况。
CAE模拟技术目前仅局限于操作者根据设立好的程序，对己经建好的数据 模型做定量分析，同时操作者也只能通过计算机界面进行操作，并不能参与到
虚拟环境中去。它所建立的只是一个静态的世界，而不是VR技术所表现出的一
个开放环境，不可以对操作者的输入(如手势，语言命令等)作出响应。
发明内容
本发明所要解决的第一个问题是提供一种整车道路虚拟试验系统，其目的 是克服现有技术中传统整车道路试验方法的不足。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为
本发明所提供的这种整车道路虚拟试验系统的核心是三维交互式计算机及 其用户操作界面；所述的整车道路虚拟试验系统设有试验参数加载模块，用于 对试验车辆模型及试验路面模型工况加载路谱载荷；所述的整车道路虛拟试验 系统设有虚拟试验模块，其中包括外围辅助设备；所述的整车道路虚拟试验系 统设评价�？椤�
以上所述的外围辅助设备包括3-D位置跟踪器、数据手套、头盔显示器和 力反馈装置。
所述的三维交互式计算机存储建模软件，所述的试验系统通过建模软件对 整车道路模拟试验系统的图形数据建立数据库。
前面所述的评价�？椋ü允匝槭萁械饔谩⒎治觯蛲ü胤殴δ芏允匝槌【笆凳痹傧郑詈蠖哉档缆沸槟馐匝榻峁衅兰�、分析、统计处理。
本发明要解决的第二个问题是提供以上所述的整车道路虚拟试验系统采用 的试验方法，该试验方法的过程是
a) 、几何建模采用计算机辅助设计技术的核心基础是几何建模，即在计 算机系统内，以数字方式对产品从构思到成品的设计和制造过程进行描述；
b) 、根据需要选择接入互联网进行数据的实时传输、交换及共享；当用户 连接好3-D位置跟踪器、数据手套、头盔显示器、力反馈装置等相应的辅件设 备，启动三维的交互式计算机后，进入虚拟试验系统的用户操作界面；
C)、进入用户操作界面后，从已经储存在系统中的数据库里面，根据需要 调出将进行试验的试验车辆模型，；然后根据试验工况，对车辆各零部件加载运 动变量参数。
d) 、然后根据试验工况，对试验路面模型路谱和载荷参数加载。
e) 、当数据加载完成以后，直接进入道路虚拟试验系统进行虚拟试验，利 用外围辅助设备控制试验进程，进行各相关操作；试验操作人员在所处的虚拟 环境中同实际环境中操作相同，同时在虚拟环境中对试验数据实时存储、共享 和传输；
f) 、试验结束后，再利用评价�？椋ü允匝槭萁械饔�、分析，或通 过回放功能对试验场景实时再现，最后对整车道路虚拟试验结果进行评价、分 析、统计等处理，系统同时自动生成试验报告；
以上所述的试验路面模型包括鱼鳞坑路、碎石路、砂石路、扭曲路、搓板 路、比利时路的载荷参数。
本发明采用上述技术方案，可以大幅度的减少样机试验次数，縮短新产品试验周期，同时，降低实际试验的费用；虚拟试验技术运用与复杂产品的开发 中，可以实现设计者、产品用户在设计阶段信息的互反�。股杓普呷轿晃� 收、采纳对新产品的建议；虚拟试验技术替代实际试验，实现了试验不受场地、
时间、频次的限制，可对试验过程进行回收、再现和重复。
下面对本说明书各幅附图所表达的内容及图中的标记作简要说明 图1为本发明的结构示意图2为整车道路虚拟试验系统分布式VR系统基本体系图； 图3为整车道路虚拟试验系统各零件建模几何体拓扑关系图。 图中标记为
1、用户操作界面，2、试验参数加载�？椋�3、试验车辆模型，4、试验路 面模型，5、虚拟试验�？椋�6、外围辅助设备，7、评价�？�。
具体实施例方式
下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式
如所涉及 的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及 工作原理、制造工艺及操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域 的技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。
虚拟现实的技术基础性描述
1、模拟性虚拟现实就是计算机图像系统对真实景象的逼真模拟，对真实 世界的事物A进行观测，并将观测量转换成数字世界中的数据流；在真实世界 中，体用数据流确定参数，生成具有光影和声音等能够被感知的感觉特征，使 人获得与事物A—致的感觉。亦即人以与感受真实世界一样的(自然的)方式 来感受计算机生成的虚拟世界，具有和相应真实世界里一样的感觉。这里，计算机世界既可以是超越我们所处时空之外的虚构环境，也可以是一种对现实世 界的仿真(由计算机生成的，但能让人有身临其境感觉的虚拟图形界面)
2、 交互作用虚拟现实就是他们能与之进行交互作用的电子象征物
3、 人工性虚拟现实是一种人造物
4、 沉浸性虚拟现实的音像和传感系统能够使使用者产生浸没于虚拟世界 中的幻觉，即虚拟现实意味着在一个虚拟环境中的感官沉浸
5、 到场(Presence)虚拟现实能够使人实时地以远程的方式于某处出�。� 即虚拟出场。此时，出场相当于在�。茨隳芄辉谙殖≈馐凳钡馗兄较殖。� 并能有效地进行某种操作。
6、 全身沉浸这是一种不需要人体传感器的方式，摄像机和监视器实时地 跟踪人的身体，将人体的运动输入到计算机中，人的影像被投影到计算机界面 上，这使得人通过观察他人的投影位置，直接与计算机中的图形物体发生交互 作用，换而言之，人成为了自己的虚拟现实
7、 网络通信虚拟现实可以通过网络实现数据、资源共享，使用者通过自 行规定并塑造成虚拟世界中的物理和语言，就可以不用文字或真实世界的指称 来共享虚拟世界的事物和事件
虚拟现实试验的实施方案
虚拟现实试验是在虚拟环境中进行的试验，虚拟试验环境是基于软件工程 师研制的仿真试验系统，设计者将试验产品(虚拟原型)安装在试验环境里进 行试验，借助交互式技术和试验分析技术，使设计者在设计阶段就能对产品的 运行性能进行评价或体验。换句话说，虛拟试验就是在计算机系统中釆用软件 代替部分硬件或全部硬件来建立各种虚拟的试验环境，使试验者可以如同在真 实的环境中一样，完成各种预定的试验项目，使所取得的试验效果接近或等价于在真实的环境中所取得的效果。因此，虚拟试验系统的实施一般需要以下四 个步骤
1、 虚拟试验场的建立
2、 虚拟原型的开发
3、 虚拟原型在虚拟试验场中调用
4、 试验结果的存储与回放 虚拟现实道路试验技术的可行性
众多科研机构和学者首先通过从理论上对整车道路虚拟试验系统的评价研 究，再围绕虚拟试验技术和驾驶员道路全感认知，定性评价了虚拟道路试验技
术的可行性。然后，采用MultiGen Creator仿真建模软件对现实一级路进行三维 建模并实施场景驱动，组织众多驾驶人员在虚拟仿真实验室中对虚拟一级路进 行现场认知评价试验，以�：ぞ叻治龃砥兰凼匝榈玫降娜舾勺槭荩� 建立虚拟仿真道路要素对�：现烙镒蛹牧ナ艉�。并与基于实测一级路 安全性认知因素的�：兰哿ナ艉员龋诨嬷菩槟庥胧挡庖患堵钒踩匀� 知因素的�：兰哿ナ艉叨员韧嫉幕∩希捎眉扑阈槟夂褪挡獾缆纺� 糊评价隶属函数的贴近度的方法，定量评价证明了虚拟道路试验技术的可行性。 而VR技术不仅能虚拟出实际工况的试验环境，还能借助辅件让操作者浸润 到虚拟试验环境之中，成为虚拟试验环境的一部分，实时的控制试验操作和试 验进程。"VR"是"Virtual Reality"的简写，其英文本义是"真实世界的一个映 像"(a image of real world),即虚拟现实，使用户置身于一个由计算机生成的虚拟 环境中，产生一种"看起来像真的，听起来像真的，摸起来也像真的"的感受， 能够全方位地浸没在这个虚幻的世界中，分辨不出真实和虚幻。广义的定义即 是对虚拟想象(三维可视化的)或真实三维世界的模拟(Simulation);狭义的定义即是一种人机界面(人机交互方式)亦称之为"自然人机界面"。虚拟现实技 术是一门集成了人与信息的科学。其核心是由一些三维的交互式计算机生成的 环境组成，这些环境可以是真实的，也可以是想象的世界模型，其目的是通过 人工合成的经历来表示信息，通过虚拟现实技术，复杂或抽象系统的概念的形 成可以通过将系统的各子部件以某种方式表示成具有确切含义的符号并成为可 能；虚拟现实技术是融合了许多人的因素，且放大了它对个人感觉影响的工程； 虚拟现实技术是建立在集成诸多学科如心理学、控制学、计算机图形学、数据 库设计、实时分布系统、电子学、机器人及多媒体技术等之上的。
在汽车工业中普遍将虚拟设计与虚拟试验技术用来处理汽车产品在设计、 制造、性能测试和试验过程中所碰到的棘手问题，获得性能、质量、成本的最 佳组合。采用虚拟试验系统代替实际试验系统，不需要消耗大量的人力、物力 和财力制造样车和进行样车的修正；同时由于试验次数可以不受限制，试验过 程具有可重复回放性，并且在车辆设计阶段就能同歩进行试验，这样既能够加 快开发速度，节省大量的资金，又能在设计阶段就可以同步解决故障问题，等 到了整车实物验证的阶段，绝大多数的问题都已经得到了解决。虚拟试验技术 运用于机械产品的研发中，是CAD/CAM/CAE技术发展的必然结果，虚拟试验 技术作为一个崭新的领域，自其产生之日起就以其无与伦比的优越性得到了各 行业的广泛认可，尤其是在航空、航天、国防、军事领域已取得的令人瞩目成 果。
VR技术具有三个重要特征
临境性，即操作者能全方位地浸没在计算机软件模拟的虚幻世界之中； 交互性，即操作者能感触到虚拟物体的存在，犹如在真实世界中漫游，同 时虚拟环境可以对使用者的输入作出响应，或者还可以通过控制与监视装置影响操作者的思维；
想象性，即它利用虚拟真实世界的场景，以夸大的形式反映设计者的思想， 放大人们的心灵。
借助交互式技术和试验分析技术，使试验者可以如同在真实的环境中一样 完成各项预定的试验项目。 VR试验技术的展望
虚拟试验系统不仅可以作为真实试验的前期准备工作，而且可以在一定程 度上替代传统的试验。
如图1、图2所表达的本发明的结构，本发明为一种整车道路虚拟试验系统， 为了解决克服现有技术中传统整车道路试验方法的不足，发本明采用的技术方
案是本发明提供的这种整车道路虚拟试验系统的核心是三维交互式计算机及
其用户操作界面l;所述的整车道路虚拟试验系统设有试验参数加载�？�2，用 于对试验车辆模型3及试验路面模型4工况加载路谱载荷；所述的整车道路虚 拟试验系统设有虚拟试验模块5，其中包括外围辅助设备6;所述的整车道路虚
拟试验系统设评价�？�7。
整车道路虚拟试验系统中所述的试验方法是属于计算机虚拟技术(VR)在 整车道路试验中的应用，是建立在虚拟现实图形几何建模技术之上，是为了优 化和改进现阶段传统整车道路试验方法的不足而作出的尝试。通过建模软件对 整车道路模拟试验系统的图形数据建立数据库，同时借助外围辅助设备浸润和 参与到试验环境中去，再利用整车道路虚拟试验系统中的试验参数加载�？�、 虚拟试验�？榧捌兰勰？榻姓档缆沸槟馐匝椋凳倍允匝槭萁械饔�、 试验回放、分析及存储。
本试验方法是为了优化和改进现阶段传统整车道路试验方法的不足而作出新的尝试。虚拟现实试验即为在虚拟环境中进行的试验，而虚拟试验环境是基 于软件工程研制的仿真试验系统，是设计者将虚拟原型进行虚拟现实试验的载 体，通过借助交互式技术和试验分析技术，使试验者可以如同在真实的环境中 一样完成各项预定的试验项目，使所取得的试验效果接近或等同在真实环境中 所取得的效果，使设计者在设计阶段就能对产品的运行性能进行评价或体验。 与传统试验相比它具有以下优点
1、 可以大幅度的减少样机试验次数，縮短新产品试验周期，同时，降低实 际试验的费用；
2、 虚拟试验技术运用与复杂产品的开发中，可以实现设计者、产品用户在 设计阶段信息的互反�。股杓普呷轿晃�、采纳对新产品的建议；
3、 虚拟试验技术替代实际试验，实现了试验不受场地、时间、频次的限制， 可对试验过程进行回收、再现和重复。
本发明所述的外围辅助设备包括3-D位置跟踪器、数据手套、头盔显示器
和力反馈装置。
所述的三维交互式计算机存储建模软件，所述的试验系统通过建模软件对 整车道路模拟试验系统的图形数据建立数据库。
上述系统中的试验参数加载模块，是基于软件工程师研制的仿真试验系统， 需要利用仿真软件对现实环境及车辆模型进行建�：痛⒈肝菘饽Ｐ停诤� 期进行虚拟试验操作中可以直接进行调用、加载技术参数。
所述的评价模块，通过对试验数据进行调用、分析，或通过回放功能对试 验场景实时再现，最后对整车道路虚拟试验结果进行评价、分析、统计处理。
试验参数加载�？椋糜诙允匝槌盗灸Ｐ图笆匝槁访婺Ｐ偷墓た黾釉芈菲�
载荷；虚拟试验�？椋匝椴僮髡呃猛馕Цㄖ璞傅冉胄槟馐匝榛肪持校� 并实行试验操作；
评价�？椋鞘匝榻崾笫匝椴僮魅嗽蓖ü允匝槭萁械饔�、分析， 或通过回放功能对试验场景实时再现，最后对整车道路虚拟试验结果进行评价、 分析、统计等处理。
强调与人有参与感、可与之交互的非真实的世界，通过模拟人们所熟悉的 东西来传达人们所未知的东西。
以上所述的整车道路虚拟试验系统采用的试验方法的过程是
a) 、几何建模采用计算机辅助设计技术的核心基础是几何建模，即在计 算机系统内，以数字方式对产品从构思到成品的设计和制造过程进行描述；
整车道路虚拟试验系统是建立在虚拟现实图形几何建模技术之上的。计算 机辅助设计技术的发展产生了虚拟设计，而计算机辅助设计技术的核心基础是 几何建模，即在计算机系统内，以数字方式对产品从构思到成品的设计和制造 过程进行描述。几何建模技术汇聚了多门学科的理论，如拓扑学、解析几何学、 微分几何学、投影几何学、集合论和矩阵代数学等。几何建模对象包括几何体、 几何体的运动和几何体的变形。
如图3所示的零件几何体的拓扑关系。任何复杂的几何对象都是由简单的 基本几何元素如点、线、面、体组成，同时这些基本元素的数字基础、计算和 分析以及他们的相互关系是几何数据处理的对象。零件几何体就是所有几何体 形状的综合，是根据设计要求在结构造型过程中生成的。
b) 、根据需要选择接入互联网进行数据的实时传输、交换及共享；当用户 连接好3-D位置跟踪器、数据手套、头盔显示器、力反馈装置等相应的辅件设 备，启动三维的交互式计算机后，进入虚拟试验系统的用户操作界面。用户可根据需要选择接入互联网进行数据的实时传输、交换及共享。当用 户连接好3-D位置跟踪器、数据手套、头盔显示器、力反馈装置等相应的辅件 设备，启动高性能图形计算机后，进入虚拟试验系统的用户操作界面。
c) 、进入用户操作界面后，从已经储存在系统中的数据库里面，根据需要 调出将进行试验的试验车辆模型，；然后根据试验工况，对车辆各零部件加载运 动变量参数。
按照图2所示，进入操作界面后，从已经储存在系统中的数据库里面，根 据需要调出将进行试验的车辆模型，如图四所示；然后根据试验工况，对车辆 各零部件如图七，图八所示，加载运动变量参数。
d) 、然后根据试验工况，对试验路面模型路谱和载荷参数加载。
e) 、当数据加载完成以后，直接进入道路虚拟试验系统进行虚拟试验，利 用外围辅助设备控制试验进程，进行各相关操作；试验操作人员在所处的虚拟 环境中同实际环境中操作相同，同时在虚拟环境中对试验数据实时存储、共享 和传输；
f) 、试验结束后，再利用评价�？椋ü允匝槭萁械饔谩⒎治觯蛲� 过回放功能对试验场景实时再现，最后对整车道路虚拟试验结果进行评价、分 析、统计等处理，系统同时自动生成试验报告；
所述的试验路面模型包括鱼鳞坑路、碎石路、砂石路、扭曲路、搓板路、 比利时路的载荷参数。用高级算法生成标准路面数据示意图，符合相关行业标 准的三维几何构造，多重LODs生成，自动的纹理贴图等。同时试验操作者可 以从数据库中根据需要直接加载鱼鳞坑路、碎石路、砂石路、扭曲路、搓板路、 比利时路等不同工况路面的载荷参数。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性 的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在 本发明的保护范围之内。
1权利要求
1、一种整车道路虚拟试验系统，其特征在于所述的整车道路虚拟试验系统的核心是三维交互式计算机及其用户操作界面(1)；所述的整车道路虚拟试验系统设有试验参数加载�？�(2)，用于对试验车辆模型(3)及试验路面模型(4)工况加载路谱载荷；所述的整车道路虚拟试验系统设有虚拟试验�？�(5)，其中包括外围辅助设备(6)；所述的整车道路虚拟试验系统设评价�？�(7)。
2、 按照权利要求1所述的整车道路虚拟试验系统，其特征在于所述的外 围辅助设备包括3-D位置跟踪器、数据手套、头盔显示器和力反馈装置。
3、 按照权利要求1所述的整车道路虚拟试验系统，其特征在于所述的三 维交互式计算机存储建模软件，所述的试验系统通过建模软件对整车道路模拟 试验系统的图形数据建立数据库。
4、 按照权利要求1所述的整车道路虚拟试验系统，其特征在于所述的评 价�？椋ü允匝槭萁械饔�、分析，或通过回放功能对试验场景实时再 现，最后对整车道路虚拟试验结果进行评价、分析、统计处理。
5、 按照权利要求1所述的整车道路虚拟试验系统采用的试验方法，其特征在于该试验方法的过程是a) 、几何建模采用计算机辅助设计技术的核心基础是几何建模，即在计 算机系统内，以数字方式对产品从构思到成品的设计和制造过程进行描述；b) 、根据需要选择接入互联网进行数据的实时传输、交换及共享；当用户 连接好3-D位置跟踪器、数据手套、头盔显示器、力反馈装置等相应的辅件设 备，启动三维的交互式计算机后，进入虚拟试验系统的用户操作界面；C)、进入用户操作界面后，从己经储存在系统中的数据库里面，根据需要 调出将进行试验的试验车辆模型，；然后根据试验工况，对车辆各零部件加载运 动变量参数。d) 、然后根据试验工况，对试验路面模型路谱和载荷参数加载。e) 、当数据加载完成以后，直接进入道路虚拟试验系统进行虚拟试验，利 用外围辅助设备控制试验进程，进行各相关操作；试验操作人员在所处的虚拟 环境中同实际环境中操作相同，同时在虚拟环境中对试验数据实时存储、共享 和传输；f) 、试验结束后，再利用评价�？椋ü允匝槭萁械饔�、分析，或通 过回放功能对试验场景实时再现，最后对整车道路虚拟试验结果进行评价、分 析、统计等处理，系统同时自动生成试验报告；
6、按照权利要求5所述的整车道路虚拟试验系统，其特征在于所述的试 验路面模型包括鱼鳞坑路、碎石路、砂石路、扭曲路、搓板路、比利时路的载 荷参数。
全文摘要
本发明公开了一种整车道路虚拟试验系统，其核心是三维交互式计算机及其用户操作界面；试验系统设有试验参数加载�？椋糜诙允匝槌盗灸Ｐ图笆匝槁访婺Ｐ凸た黾釉芈菲自睾桑皇匝橄低成栌行槟馐匝槟？椋渲邪ㄍ馕Цㄖ璞福皇匝橄低成杵兰勰？�。本发明还公开了该试验系统所采用的试验方法。采用上述技术方案，可以大幅度的减少样机试验次数，缩短新产品试验周期，同时，降低实际试验的费用；虚拟试验技术运用与复杂产品的开发中，可以实现设计者、产品用户在设计阶段信息的互反�。恍槟馐匝榧际跆娲导适匝椋迪至耸匝椴皇艹〉�、时间、频次的限制，可对试验过程进行回收、再现和重复。
文档编号G01M17/007GK101482451SQ200810233900
公开日2009年7月15日 申请日期2008年12月17日 优先权日2008年12月17日
发明者周任民, 廖小勇, 勇 张 申请人:奇瑞汽车股份有限公司
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
