CN1776694A - 用于整车运输仿真系统的商品车参数化建模方法 - Google Patents
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Abstract
一种计算机应用技术领域的用于整车运输仿真系统的商品车参数化建模方法，包括以下具体步骤：(1)商品车基本类型划分；(2)结构化抽象；(3)商品车关键数据的定义和提取；(4)商品车关键点数据修正；(5)商品车参数化模型数据库结构；(6)商品车模型程序开发。本发明方法简单，实现容易，设计的这套商品车包络体模型参数定义方法简单明晰，所需数据均为常规技术参数或者可以通过简单图象处理或测量获得。使用了相对较少的参数却能比较逼真地表达出车型的具体特征，建立的模型在汽车装载虚拟仿真系统应用能精确地反映所表征商品车整体尺寸信息和关键部位的位置信息。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种计算机应用技术领域的方法，具体是一种用于整车运输仿真系统的商品车参数化建模方法。
背景技术
整车的公路运输就是使用轿车运输车作为运载工具将成品汽车从配载中心生产流水线运往销售总库、各地分销库。一直以来，因待运的整车型号与尺寸不一，所以，在确定的轿车运输车装载空间合理地装置型号与尺寸不一的整车成为整车物流企业研究的重点课题，此前，轿车运输车装载中的配载凭人工的经验确定配载方案，当整车与轿运车的在空间的某部位发生干涉时，无法事先完全预知，这样，会造成简单重复试装，装卸过程时也常发生车身表面刮痕、汽车底盘擦地等质损事故，最终也较难找到一个合理的、最优的配载方案。用电脑软件建立不同型号与尺寸的整车的数字模型，并在电脑上进行轿运车装载过程的仿真，观测商品车与运载工具的空间干涉状况，可达到确定运载工具针对该商品车型的适装性及优化轿运车运载小型汽车的配载的目的，这样就可以做到充分利用有限的运能，装载更多的车辆，而商品车参数化建模是建立轿运车装载过程仿真系统的基础工作。
经对现有技术的文献检索发现，中国专利号为：200410089299，名称为：基于图像轮廓的人肢体三维建模方法，该专利是一种针对人肢体这种非刚性体的变形运动的建模方法，其研究重点侧重在拟合柔性的人肢体的变形，不适应于刚性体的商品车参数化建模方面。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术中的不足，提供一种用于整车运输仿真系统的商品车参数化建模方法，使其建立起商品车参数化模型，为汽车运输虚拟装载仿真系统基础模型平台的建立提供模型基础，方法简单，实现容易。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括以下具体步骤：
1、商品车基本类型划分
参照汽车分类新的国家标准，根据车身外形结构差异，将整车运输行业常见需要运载的商品车型划分为六类基本类型，即三厢家轿、两厢家轿、运动型(SUV)、多功能型(MPV)、轻型客车、皮卡。
针对不同的商品车基本类型，预先定义商品车的关键尺寸数据。通过整车技术数据和预先定义关键尺寸建立起商品车数据库，本发明采用的是SQL Server数据库，根据上述六类基本类型建立六个对应的数据表。
2、结构化抽象
研究商品车的特征结构，对其进行结构化抽象并运用知识工程的知识表示，通过建立若干个公共的几何模型模板来统一表达车辆模型，进而通过驱动这些主模型的特征更改来生成装载方案中的各种类型的商品车模型。商品车模型主要两大部分：车身主体模块和车轮模块。知识工程是以知识为处理对象，借用工程化的思想，如何用人工智能的原理、方法技术，来设计、构造和维护知识型系统，是人工智能的一个运用分支。知识工程的目的就是开发基于知识驱动的智能系统。知识工程的三要素为知识表示、知识运用和知识获取。
3、商品车关键数据的定义和提取
本发明包括四个方面的数据内容：整车尺寸参数和技术参数，车身侧视图轮廓关键点，车门轮廓控制点，车身正视图轮廓关键点。
整车尺寸参数和技术参数，是指商品车的总长、宽、高、最小离地间隙、前悬、后悬等商品车数据，可以从商品车的相关技术说明和发布信息中获得此类数据。
车身侧视图轮廓关键点、车身正视图轮廓关键点，是针对具体商品车基本类型定义的在侧视图和正视图上能表征该商品车结构特征的关键点和车身轮廓控制点。此类数据的获取方式有两种，一种是从该商品车的标准侧视图和正视图上通过简单图象处理获得；另外一种是在现场测绘该商品车的指定关键点和特征点。
车门轮廓控制点，是针对商品车车门轮廓而在侧视图上定义的能表征该车门轮廓特征的控制点，直接从商品车车身侧视图上提取对应的控制点数据。
4、商品车关键点数据修正
由于从视图中提出车身关键点或者测绘获得的测绘点数据存在着误差，需要运用商品车的整车尺寸参数和主要技术参数对部分关键点数据进行修正。针对商品车参数化模型的具体应用和关键尺寸要求，需要修正的关键数据点主要是针对车身侧视图轮廓关键点的修正，使建立的参数化模型在整车尺寸和影响装载过程干涉检查的技术参数上与标准参数保持一致。
针对整车尺寸参数的总长，修正侧视图上最前端控制点和最尾端控制点，使两者长度方向的坐标差等于总长；保证正视图上宽度方向左右极限点的坐标差等于总宽；用总高数据修正侧视图和正视图上最顶端控制点坐标；用整车技术参数中的前悬、后悬、接近角、离去角数据进一步修正商品车侧视图上前端和尾端几个关键点的数据。
5、商品车参数化模型数据库结构
将所有已经定义提取和修正好的商品车有关数据整理归类建立起商品车参数化模型的数据库结构表。该数据库结构表主要包括四个部分：整车尺寸参数和技术参数，经过修正的车身侧视图轮廓关键点数据，车门轮廓控制点，经过修正的车身正视图轮廓关键点数据。
6、商品车模型程序开发
本发明采用Unigraphics(UG)软件作为建模基础平台，针对具体应用，综合运用Visual C++6.0和UG软件的UG/Open开发工具组件(UG/OpenMenuScript、UG/Open UIStyler、UG/Open API)进行从UG自定义菜单到系统应用的自定义对话框到API主程序整个完整系统的开发。
利用ODBC数据源连接指定数据表添加数据库类记录集获得数据库中对应数据。商品车模型的车轮模块用实体造型构建，商品车模型车身主体采用自由曲面造型搭建车身包络体。由上述侧视图中车身关键点通过UF_CURVE_create_line、UF_CURVE_create_arc等曲线操作函数来构建侧视图车身轮廓线。
侧视图车身关键点再加上正视图车身关键点通过UF_CURVE_create_line、UF_CURVE_create_arc等曲线操作函数来构建三维车身包络曲线，再由包络曲线通过UF_MODL_create_ruled(规则曲面)、UF_MODL_create_curve_mesh(编织曲面)等自由曲面造型函数生成车体各个曲面。至此完成整个建模程序开发，利用UG执行所开发的用户函数即可在UG环境下构建出所需商品车模型的三维模型。
本发明方法简单，实现容易，设计的这套商品车包络体模型参数定义方法简单明晰，所需数据均为常规技术参数或者可以通过简单图象处理或测量获得。使用了相对较少的参数却能比较逼真地表达出车型的具体特征，建立的模型在汽车装载虚拟仿真系统应用能精确地反映所表征商品车整体尺寸信息和关键部位(如前悬接近角、后悬离去角等)的位置信息。
本发明方法构建的商品车参数化模型可以应用于与商品车有关的空间位置干涉或动态干涉检查的计算机仿真系统中，该参数化建模方法可应用于需要进行空间位置干涉检查的其它模型基础平台搭建。
附图说明
图1为本发明方法流程图；
图2为本发明三厢家轿车身侧视图关键点定义示意图；
图3为本发明接近角关键点修正计算示意图；
图4为本发明三厢家轿车门关键点定义示意图；
图5为本发明三厢家轿车身正视图关键点定义示意图；
图6为本发明UG二次开发建模逻辑流程图
其中，图a为侧视图车身关键点示意图，图b为侧视图车身轮廓线示意图，图c为车身线框图，图d为车身三维模型图；
图7为本发明三厢家轿三维UG参数化模型示意图。
具体实施方式
下面以国内某三厢家轿车型为例，结合附图对本发明具体步骤作进一步的陈述：
1、结构化抽象
如图1所示，车型分类已经给出是三厢轿车，针对三厢家轿车型的具体特征结构，结构化抽象为两大部分：车身主体和车轮，其中车身主体又包括：车身顶面，前围面，后围面，左右侧围面，车体底面。主体模块参数化模型逻辑流程：通过车身关键点数据构建车身包络线，由车身包络线搭建各车身关键曲面，所有车身关键曲面共同构成整个参数化车身包络体模型。通过建立上述公共的几何模型模板来统一表达三厢家轿车型车辆模型。
2、三厢家轿商品车数据列表
建立商品车参数化模型的数据库结构表，如表1所示，该结构表中对数据分类，数据库字段名，数据类型及其备注说明都进行了列表介绍。
表1 商品车数据库结构表
| 数据分类 | 字段名 | 数据类型 | 说明 |
| 整车尺寸参数和技术参数 | ID | Int | 记录编号 |
| typecar | char(50) | 车型 | |
| specification | char(50) | 规格 | |
| company | char(50) | 生产厂家 | |
| length | Float | 长 | |
| width | Float | 宽 | |
| height | Float | 高 | |
| dis_f | Float | 前轮距 | |
| dis_b | Float | 后轮距 | |
| dis_shaft | Float | 轴距 | |
| hang_f | Float | 前悬 | |
| hang_b | Float | 后悬 | |
| angle_to | Float | 接近角(deg) | |
| angle_off | Float | 离去角(deg) | |
| min_dis | Float | 最小离地间隙 | |
| r_tyre | Float | 轮胎的半径 | |
| w_tyre | Float | 轮胎断面宽度 | |
| 车身侧视图轮廓关键点 | p1x | Float | 侧视图车身关键点 |
| p1z | Float | 侧视图车身关键点 | |
| p2x | Float | 侧视图车身关键点 | |
| p2z | Float | 侧视图车身关键点 | |
| p3x | Float | 侧视图车身关键点 | |
| p3z | Float | 侧视图车身关键点 | |
| p4x | Float | 侧视图车身关键点 | |
| p4z | Float | 侧视图车身关键点 | |
| p5x | Float | 侧视图车身关键点 | |
| p5z | Float | 侧视图车身关键点 | |
| p6x | Float | 侧视图车身关键点 | |
| p6z | Float | 侧视图车身关键点 | |
| P7x | Float | 侧视图车身关键点 | |
| p7z | Float | 侧视图车身关键点 | |
| p8x | Float | 侧视图车身关键点 | |
| p8z | Float | 侧视图车身关键点 | |
| p9x | Float | 侧视图车身关键点 | |
| p9z | Float | 侧视图车身关键点 |
| p10x | Float | 侧视图车身关键点 | |
| p10z | Float | 侧视图车身关键点 | |
| p11x | Float | 侧视图车身关键点 | |
| p11z | Float | 侧视图车身关键点 | |
| 车门轮廓控制点 | P21y | Float | 车门关键点 |
| P21z | Float | 车门关键点 | |
| P22y | Float | 车门关键点 | |
| P22z | Float | 车门关键点 | |
| P23y | Float | 车门关键点 | |
| P23z | Float | 车门关键点 | |
| P24y | Float | 车门关键点 | |
| P24z | Float | 车门关键点 | |
| P25y | Float | 车门关键点 | |
| P25z | Float | 车门关键点 | |
| P26y | Float | 车门关键点 | |
| P26z | Float | 车门关键点 | |
| 车身正视图轮廓关键点 | p31z | Float | 正视图车身关键点 |
| p32x | Float | 正视图车身关键点 | |
| p32z | Float | 正视图车身关键点 | |
| p33x | Float | 正视图车身关键点 | |
| p33z | Float | 正视图车身关键点 | |
| p34x | Float | 正视图车身关键点 | |
| p34z | Float | 正视图车身关键点 | |
| p35x | Float | 正视图车身关键点 | |
| p35z | Float | 正视图车身关键点 |
表2是最常见的三厢家轿车型的数据分类列表，其它基本类型数据基本相同，只有车身侧视图轮廓关键点数据存在些许差异。
表2 商品车数据列表
| 整车尺寸参数和技术参数 | 车身侧视图轮廓关键点 | 车门轮廓控制点 | 车身正视图轮廓关键点 |
| 总长 | 1 | 21 | 31 |
| 总宽 | 2 | 22 | 32 |
| 总高 | 3 | 23 | 33 |
| 前轮距 | 4 | 24 | 34 |
| 后轮距 | 5 | 25 | 35 |
| 轴距 | 6 | 26 | - |
| 前悬 | 7 | - | - |
| 后悬 | 8 | - | - |
| 接近角 | 9 | - | - |
| 离去角 | 10 | - | - |
| 离地间隙 | 11 | - | - |
| 轮胎半径 | - | - | - |
| 轮胎宽度 | - | - | - |
3、商品车侧视图车身关键点定义和提取
商品车三维模型从正视图和侧视图的车身包络线中提出车身关键点。侧视图关键点定义和提取如表3和图2所示，图2是三厢家轿商品车侧视图上能表征其形状特征和关键技术数据的关键点示意图。
表3 商品车侧视图关键点
| 关键点 | 说明 |
| 1 | 前悬接近角干涉检测点 |
| 2 | 车身总长最前端控制点 |
| 3 | 前脸车头形状关键点 |
| 4 | 前挡风玻璃下缘关键点 |
| 5 | 前挡风玻璃上缘关键点 |
| 6 | 车身总高最顶端控制点 |
| 7 | 后挡风玻璃上缘关键点 |
| 8 | 后挡风玻璃下缘关键点 |
| 9 | 车尾形状关键点 |
| 10 | 车身总长最尾端控制点 |
| 11 | 后悬离去角干涉检测点 |
3、商品车侧视图车身关键点数据修正
由于从视图中提出车身关键点存在着误差，需要运用商品车的整车尺寸参数和主要技术参数对部分关键点数据进行修正。商品车的整车尺寸参数和主要技术参数如表2中第一列所示。
需要修正的关键数据点主要是表3中的第1、2、6、10、11点；如图2所示，采用标准车身坐标系(以车身对称中心面上前轮中心作为坐标原点；车的前后方向为X轴，以车尾方向为正；车的上下方向为Z轴，向上为正；车的左右方向为Y轴，向右为正。)，第2点X方向的坐标等于负的前悬值，第6点Z方向的坐标等于总高减去轮胎半径，第2点和第10点在X方向的坐标差等于总长，第1点的坐标与装载过程接近角干涉密切相关，要通过计算确保接近角参数准确无误。
如图3所示，圆表示商品车前轮，图中斜线MB为前轮相切线，在已知轮胎半径(R)、接近角(θ)、最小离地间隙的前提下求解第1点(即图3中M点)的坐标，M点高度即Z坐标(图3中的h)可以根据测量数据并考虑实际中一般比最小离地间隙稍高进行修正，所以要求的就是M点X坐标(即图3中线段MC的长度)，可以通过公式(1)换算出MC：
CB＝OB-R+h
第11点的坐标通过类似第1点的方式计算。
4、商品车车门关键点数据定义和提取
三厢家轿商品车车门控制点的定义和提取如表4和图4所示，图4是三厢家轿商品车侧视图上能表征车门形状特征的车门关键点示意图。
表4 商品车车门关键点
| 关键点 | 说明 |
| 21 | 车门轮廓尺寸控制点 |
| 22 | 车门轮廓尺寸控制点 |
| 23 | 车门轮廓尺寸控制点 |
| 24 | 车门轮廓尺寸控制点 |
| 25 | 车门轮廓尺寸控制点 |
| 26 | 车门轮廓尺寸控制点 |
5、商品车正视图车身关键点定义和提取
三厢家轿商品车正视图关键点定义和提取如表5和图5所示，图5是三厢家轿商品车正视图上能表征其形状特征和关键技术数据的关键点示意图。
表5 商品车正视图关键点
| 关键点 | 说明 |
| 31 | 车顶最高处控制点 |
| 32 | 车门窗上缘车体宽度控制点 |
| 33 | 车门窗下缘车体宽度控制点 |
| 34 | 腰线处车体最大宽度控制点 |
| 35 | 下侧裙部车体宽度控制点 |
6、基于UG二次开发的商品车参数化模型构建
设置Unigraphics(UG)软件系统参数，利用UG/Open MenuScript、UG/OpenUIStyler开发自定义菜单到系统应用的自定义对话框来调用UG/Open API主程序。
API主程序主要利用UG提供丰富的二次开发函数。添加数据库类记录集，利用ODBC数据源连接三厢家轿商品车数据表获得数据库中对应数据。UG二次开发逻辑流程如图6所示，依由点到线，由线构成面的建模方式分别建立起三厢家轿商品车各个几何模型模板：车轮，车身顶面，前围面，后围面，左右侧围面，车体底面。最后，完整的该三厢家轿商品车的三维模型如图7所示。
通过该方法建立的三厢家轿商品车参数化模型其具体形状与真实车型逼真度高，而且又能保证整车尺寸参数和技术参数的准确性，通过API程序开发，模型的建立与UG环境很好地集成起来，商品车的参数更改和模型的快速实时生成满足整车运输虚拟装载仿真的要求。
Claims (8)
1、一种用于整车运输仿真系统的商品车参数化建模方法，其特征在于，包括以下具体步骤：
(1)商品车基本类型划分
将整车运输行业需要运载的商品车型划分为六类基本类型，即三厢家轿、两厢家轿、运动型、多功能型、轻型客车、皮卡；
(2)结构化抽象
对商品车进行结构化抽象并运用知识工程的知识表示，通过建立若干个公共的几何模型模板来统一表达车辆模型，进而通过驱动这些主模型的特征更改来生成装载方案中的各种类型的商品车模型，商品车模型主要为两大部分：车身主体模块和车轮模块；
(3)商品车关键数据的定义和提取
商品车关键数据包括四个方面的数据内容：整车尺寸参数和技术参数，车身侧视图轮廓关键点，车门轮廓控制点，车身正视图轮廓关键点；
(4)商品车关键点数据修正
运用商品车的整车尺寸参数和技术参数对部分关键点数据进行修正，修正的关键数据点主要是针对车身侧视图轮廓关键点的修正，使建立的参数化模型在整车尺寸和影响装载过程干涉检查的技术参数上与标准参数保持一致；
(5)商品车参数化模型数据库结构
将所有已经定义提取和修正好的商品车数据整理归类建立起商品车参数化模型的数据库结构表，该数据库结构表包括四个部分：整车尺寸参数和技术参数，经过修正的车身侧视图轮廓关键点数据，车门轮廓控制点，经过修正的车身正视图轮廓关键点数据；
(6)商品车模型程序开发
采用UG软件作为建模基础平台，针对具体应用，综合运用Visual C++6.0和UG软件的UG/Open开发工具组件进行从UG自定义菜单到系统应用的自定义对话框到API主程序整个完整系统的开发。
2、根据权利要求1所述的用于整车运输仿真系统的商品车参数化建模方法，其特征是，所述的商品车基本类型划分，针对商品车基本类型，预先定义商品车的关键尺寸数据，通过整车技术数据和预先定义关键尺寸建立起商品车数据库，采用的是SQL Server数据库，根据上述六类基本类型建立六个对应的数据表。
3、根据权利要求1所述的用于整车运输仿真系统的商品车参数化建模方法，其特征是，所述的整车尺寸参数和技术参数，是指商品车的总长、宽、高、最小离地间隙、前悬、后悬数据，从商品车的相关技术说明和发布信息中获得此类数据。
4、根据权利要求1所述的用于整车运输仿真系统的商品车参数化建模方法，其特征是，所述的车身侧视图轮廓关键点、车身正视图轮廓关键点，是针对具体商品车基本类型定义的在侧视图和正视图上能表征该商品车结构特征的关键点和车身轮廓控制点，此类数据的获取方式有两种，一种是从该商品车的标准侧视图和正视图上通过简单图象处理获得；另外一种是在现场测绘该商品车的指定关键点和特征点。
5、根据权利要求1所述的用于整车运输仿真系统的商品车参数化建模方法，其特征是，所述的车门轮廓控制点，是针对商品车车门轮廓而在侧视图上定义的能表征该车门轮廓特征的控制点，直接从商品车车身侧视图上提取对应的控制点数据。
6、根据权利要求1所述的用于整车运输仿真系统的商品车参数化建模方法，其特征是，所述的商品车关键点数据修正，针对整车尺寸参数的总长，修正侧视图上最前端控制点和最尾端控制点，使两者长度方向的坐标差等于总长；保证正视图上宽度方向左右极限点的坐标差等于总宽；用总高数据修正侧视图和正视图上最顶端控制点坐标；用整车技术参数中的前悬、后悬、接近角、离去角数据进一步修正商品车侧视图上前端和尾端几个关键点的数据。
7、根据权利要求1所述的用于整车运输仿真系统的商品车参数化建模方法，其特征是，所述的商品车模型程序开发，利用ODBC数据源连接指定数据表添加数据库类记录集获得数据库中对应数据，商品车模型的车轮模块用实体造型构建，商品车模型车身主体采用自由曲面造型搭建车身包络体，由侧视图中车身关键点通过UF_CURVE_create_line、UF_CURVE_create_arc曲线操作函数来构建侧视图车身轮廓线。
8、根据权利要求1或者7所述的用于整车运输仿真系统的商品车参数化建模方法，其特征是，所述的商品车模型程序开发，侧视图车身关键点再加上正视图车身关键点通过UF_CURVE_create_line、UF_CURVE_create_arc曲线操作函数来构建三维车身包络曲线，再由包络曲线通过UF_MODL_create_ruled、UF_MODL_create_curve_mesh自由曲面造型函数生成车体各个曲面，至此完成整个建模程序开发，利用UG执行所开发的用户函数在UG环境下构建出所需商品车模型的三维模型。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN 200510111510 CN1776694A (zh) | 2005-12-15 | 2005-12-15 | 用于整车运输仿真系统的商品车参数化建模方法 |
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| CN 200510111510 CN1776694A (zh) | 2005-12-15 | 2005-12-15 | 用于整车运输仿真系统的商品车参数化建模方法 |
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| CN 200510111510 Pending CN1776694A (zh) | 2005-12-15 | 2005-12-15 | 用于整车运输仿真系统的商品车参数化建模方法 |
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