基于路面扫描数据建虚拟实验数字路面的方法及存储介质技术

本发明专利技术公开了一种基于路面扫描数据建虚拟实验数字路面的方法及存储介质，首先利用三维扫描设备扫描测试道路得到三维扫描点云，其次用拟合曲线函数近似道路中心线，创建二维曲线规则栅格点，然后利用离散数据点插值的方法计算各栅格点的高程值，最后基于三维的栅格点创建测试道路对应的CRG路面模型。此方法完整地保留了真实测试道路的不平度，坡度，道路中心线等路面特征，可将试验场测试道路转换成数字化路面。本发明专利技术能够将实际汽车试验场中的测试道路进行数字化处理，转换成能作为虚拟试验场仿真输入的路面模型。

【技术实现步骤摘要】
基于路面扫描数据建虚拟实验数字路面的方法及存储介质
本专利技术属于汽车CAE(ComputerAidedEngineering)仿真
，具体涉及一种基于路面扫描数据建虚拟实验数字路面的方法，通过创建二维平面栅格点结合高程值插值的方法构建CRG(CurvedRegularGrid)曲线规则栅格路面模型，达到对试验场测试道路进行数字化处理的目的，用于虚拟试验场仿真分析中路面模型的输入。
技术介绍
近年来，传统实车试验由于成本高，周期长，开发早期样车资源缺乏等因素已逐渐不能满足产品开发经济性，高效性的要求。随着仿真分析技术的发展以及适用于操纵稳定性、行驶平顺性、疲劳耐久性等分析需求的轮胎模型的出现，虚拟试验场仿真分析技术已逐步成为替代实车试验的技术手段。路面模型作为仿真车辆行驶过程中外部激励的主要来源，是虚拟试验场仿真体系中最为关键的一环，其准确性直接影响到分析结果的有效性。传统的路面数字化研究多从路面不平度这一角度开展。路面不平度与车辆的行驶平顺性密切相关，它描述的是某一断面上，路面相对于某一基准平面的高度，沿道路走向长度的变化。这种基于某一断面描述路面高度的方法，虽然在进行平顺性分析时可以得到较好的应用，但是当推广到疲劳耐久分析等其它领域时，具有一定的局限性。疲劳耐久性能分析中所使用的强化耐久路面，如车身扭转路，鹅卵石路等多属于非平稳随机路面，用统计学特性来描述其中包含的不平度、坡度和道路中心线等信息会有一定的误差。因此，有必要开发一种新的基于路面扫描数据建虚拟实验数字路面的方法及存储介质。>
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于路面扫描数据建虚拟实验数字路面的方法及存储介质，能将实际汽车试验场中的测试道路进行数字化处理，转换成能作为虚拟试验场仿真输入的路面模型。第一方面，本专利技术所述的一种基于路面扫描数据建虚拟实验数字路面的方法，包括以下步骤：步骤1、利用三维扫描设备对试验场道路进行扫描，获取实际路面的三维扫描点云；步骤2、将步骤1中的三维扫描点云导入点云比较软件中，在道路中心线上拾取若干控制点，进行曲线拟合，构建路面模型的中心参考线；步骤3、利用步骤2中的中心参考线构建二维平面栅格点；步骤4、将步骤1中得到的三维扫描点云和步骤3中得到的二维平面栅格点云进行对比，分析对比结果并修正控制点的数量，位置和拟合曲线用到的数学函数，使二维平面栅格点的中心参考线接近三维扫描点云的道路中心线，并使二维平面栅格点云的整体轮廓包含在三维扫描点云的扫描范围内；步骤5、利用离散数据点插值法计算步骤4中二维平面栅格点对应的高程值，形成三维的栅格点云；步骤6、将步骤1得到的三维扫描点云和步骤5得到的三维栅格点云进行对比，检查三维栅格点云的精度，当精度不满足要求时，通过修改高程值的计算方法提升插值精度；步骤7、利用步骤6中得到的精确三维栅格点云，创建CRG路面模型，实现试验场测试道路的数字化处理。进一步，所述步骤3具体包括如下步骤：(a)以第一个和最后一个控制点为边界，根据虚拟试验场数字路面纵向网格精度的要求，将中心参考线按照固定的间距划分成若干个分段，各分段之间的划分点称为节点；(b)利用步骤2得到的中心参考线计算各分段节点的X，Y坐标；(c)从第一个分段i＝1开始，以步骤(b)中得到的分段i两端的节点(xi-1，yi-1)，(xi，yi)为输入，利用公式(1)计算该分段的方位角(d)根据虚拟试验场数字路面横向网格精度以及路面宽度的要求，利用二维平面直线法线方程，如公式(2)所示，计算分段i所在横剖面上其他栅格点的X，Y坐标。(e)从第一个节点开始，对每一个节点重复上述步骤(c)和步骤(d)，直至最后一个节点，得到完整的二维平面栅格点。进一步，所述步骤7中，所述创建CRG路面模型，是以步骤3中得到的起始节点和终止节点的X，Y坐标，各分段节点的方位角以及步骤5中得到的各栅格点对应的高程值为输入，通过开源程序包OpenCRG在MATLAB中实现。进一步，所述步骤4中，在对比扫描设备获取的三维扫描点云和二维平面栅格点云的过程中，将三维扫描点云在Z向上进行适当偏移，使其整体轮廓大致在Z＝0位置附近；对于二维平面栅格点云，则将所有网格点的高程值设置为0。进一步，所述步骤6中，所述检查三维栅格点云的精度，是将三维扫描点云当作参照系，计算所有栅格点到这个参照系的距离值的分布情况。进一步，所述步骤2中，采用直线拟合，或多项式拟合，或高斯曲线拟合方法对控制点进行曲线拟合，构造出路面模型的中心参考线，并采用和方差SSE和均方根RMSE来判断拟合精度。进一步，所述步骤1中，所述试验场道路包括强化耐久路面和舒适性路面。进一步，所述强化耐久路面包括车身扭转路、卵石路和坑洼路；所述舒适性路面包括减速带路、水泥微波路和比利时路。第二方面，本专利技术所述的一种存储介质，其存储有一个或多个计算机可读程序，所述计算机可读程序被一个或多个控制器调用执行时，能实现如本专利技术所述的基于路面扫描数据建虚拟实验数字路面的方法的步骤。本专利技术具有以下优点：(1)本专利技术提出的构建数字路面的方法能够将汽车试验场的实际路面转换成可供虚拟试验场仿真的路面环境，解决了虚拟试验场开发中路面数字化的问题。(2)本专利技术提出的构建数字路面的方法能够适用于汽车试验场内大部分的路面，包括但不限于强化耐久道路，舒适性道路等等，适用路面类型广。(3)本专利技术提出的构建数字路面的方法以扫描设备的三维点云为基础，利用距离值的分布检查并修正路面模型的精度，比利用一维的路面不平度构建路面模型更可靠，得到的路面模型更准确。(4)本专利技术提出的构建数字路面的方法可以适用于任意的路面网格精度，使得在构建虚拟试验场路面时，能够通过调节网格的精度在存储大小与路面精度之间找到一种平衡。附图说明图1是本专利技术的路面数字化方法的实施流程图；图2是移动路面扫描系统图；图3是车身扭转路(TOR)扫描点云图；图4是道路中心线上拾取的控制点图；图5是二维平面栅格点XY坐标计算示意图；图6是二维平面栅格点与扫描点云的对比图(俯视图)；图7是二维平面栅格点与扫描点云的对比图(仰视图)图8是自然相邻插值法的效果图；图9是Adams(一种多体动力学仿真软件)中TOR.crg展示图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步说明。本实施例中，一种基于路面扫描数据建虚拟实验数字路面的方法，首先利用扫描设备获取测试道路的三维扫描点云，其次用曲线拟合的方法近似道路中心线，创建二维曲线规则栅格点，然后利用离散数据点插值的方法计算各栅格点的高程值，最后基于三维的栅格点创建测试道路对应的CRG路面模型。此方法完整地保留了真实测试道路的不平度，坡度，道路中心线等路面特征，可用于试验场测试道路的数字化处理。该方法包括以下步骤：本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于路面扫描数据建虚拟实验数字路面的方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1、利用三维扫描设备对试验场道路进行扫描，获取实际路面的三维扫描点云；/n步骤2、将步骤1中的三维扫描点云导入点云比较软件中，在道路中心线上拾取若干控制点，进行曲线拟合，构建路面模型的中心参考线；/n步骤3、利用步骤2中的中心参考线构建二维平面栅格点；/n步骤4、将步骤1中得到的三维扫描点云和步骤3中得到的二维平面栅格点云进行对比，分析对比结果并修正控制点的数量，位置和拟合曲线用到的数学函数，使二维平面栅格点的中心参考线接近三维扫描点云的道路中心线，并使二维平面栅格点云的整体轮廓包含在三维扫描点云的扫描范围内；/n步骤5、利用离散数据点插值法计算步骤4中二维平面栅格点对应的高程值，形成三维的栅格点云；/n步骤6、将步骤1得到的三维扫描点云和步骤5得到的三维栅格点云进行对比，检查三维栅格点云的精度，当精度不满足要求时，通过修改高程值的计算方法提升插值精度；/n步骤7、利用步骤6中得到的精确三维栅格点云，创建CRG路面模型，实现试验场测试道路的数字化处理。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于路面扫描数据建虚拟实验数字路面的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、利用三维扫描设备对试验场道路进行扫描，获取实际路面的三维扫描点云；
步骤2、将步骤1中的三维扫描点云导入点云比较软件中，在道路中心线上拾取若干控制点，进行曲线拟合，构建路面模型的中心参考线；
步骤3、利用步骤2中的中心参考线构建二维平面栅格点；
步骤4、将步骤1中得到的三维扫描点云和步骤3中得到的二维平面栅格点云进行对比，分析对比结果并修正控制点的数量，位置和拟合曲线用到的数学函数，使二维平面栅格点的中心参考线接近三维扫描点云的道路中心线，并使二维平面栅格点云的整体轮廓包含在三维扫描点云的扫描范围内；
步骤5、利用离散数据点插值法计算步骤4中二维平面栅格点对应的高程值，形成三维的栅格点云；
步骤6、将步骤1得到的三维扫描点云和步骤5得到的三维栅格点云进行对比，检查三维栅格点云的精度，当精度不满足要求时，通过修改高程值的计算方法提升插值精度；
步骤7、利用步骤6中得到的精确三维栅格点云，创建CRG路面模型，实现试验场测试道路的数字化处理。


2.根据权利要求1所述的基于路面扫描数据建虚拟实验数字路面的方法，其特征在于：所述步骤3具体包括如下步骤：
(a)以第一个和最后一个控制点为边界，根据虚拟试验场数字路面纵向网格精度的要求，将中心参考线按照固定的间距划分成若干个分段，各分段之间的划分点称为节点；
(b)利用步骤2得到的中心参考线计算各分段节点的X，Y坐标；
(c)从第一个分段i＝1开始，以步骤(b)中得到的分段i两端的节点(xi-1，yi-1)，(xi，yi)为输入，利用公式(1)计算该分段的方位角



(d)根据虚拟试验场数字路面横向网格精度以及路面宽度的要求，利用二维平面直线法线方程，如公式(2)所示，计算分段i所在横剖面上其他栅格点的X，Y坐标；



(e)从第一个节点开始，对每一个节点重复上述步骤(...

【专利技术属性】
技术研发人员：周帅，周云平，邵建，王华，蒋忠凌，
申请(专利权)人：重庆长安汽车股份有限公司，
类型：发明
国别省市：重庆;50