DE102004001167B4 - A method for manipulating a virtual vehicle occupant dummy for crash tests - Google Patents
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Abstract
Verfahren
zum Manipulieren, insbesondere Positionieren, von mindestens einem
virtuellen Objekt mit den Verfahrensschritten:
– Greifen
eines virtuellen Fahrzeuginsassendummy für Crashversuche als erstes
virtuelles Objekt mittels einer Mensch-Maschine-Schnittstelle, wobei
das virtuelle Objekt die physikalischen Eigenschaften eines entsprechenden realen
Objektes aufweist,
– Bewegen
des ersten virtuellen Objekts mittels der Mensch-Maschine-Schnittstelle,
– Positionieren
des ersten virtuellen Objekts mittels der Mensch-Maschine-Schnittstelle
gegen ein virtuelles Fahrzeug als zweites virtuelles Objekt unter
Berücksichtigung einwirkender
Kräfte,
– Festhalten
der Bewegungsbahn der virtuellen Objekte auf einem Datenträger unter
der Einwirkung der Kräfte
und Festhalten der aktuellen Position des ersten virtuellen Objektes
auf dem zweiten virtuellen Objekt, wobei das erste virtuelle Objekt:
– gegen
eine geneigte und/oder konkave Fläche des zweiten virtuellen
Objektes positioniert wird, wobei das erste mit dem zweiten virtuellen
Objekt in Lagrange-Kontakt
steht,
– in
dieser Position fixiert wird und/oder
– und wobei das erste virtuelle
Objekt und seine...Method for manipulating, in particular positioning, at least one virtual object with the method steps:
Gripping a virtual vehicle occupant dummy for crash tests as the first virtual object by means of a man-machine interface, the virtual object having the physical properties of a corresponding real object,
Moving the first virtual object by means of the man-machine interface,
Positioning of the first virtual object by means of the human-machine interface against a virtual vehicle as a second virtual object taking into account acting forces,
Holding the trajectory of the virtual objects on a data carrier under the action of the forces and holding the current position of the first virtual object on the second virtual object, wherein the first virtual object:
Is positioned against an inclined and / or concave surface of the second virtual object, the first being in Lagrange contact with the second virtual object,
- Is fixed in this position and / or
- and where the first virtual object and its ...
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Manipulieren eines virtuellen Fahrzeuginsassendummies für Crashversuche gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The The invention relates to a method for manipulating a virtual Vehicle occupants dummies for Crash tests according to the preamble of claim 1
Die heutige industrielle Produktion ist durch eine zunehmende Virtualisierung von Produktionsprozessen und der Tendenz zur Visualisierung gekennzeichnet. Traditionelle Produktions- und Arbeitsweisen, die mehr oder weniger durch den unmittelbaren und vielfältigen Umgang mit materiellen Objekten geprägt waren, verlieren mehr und mehr an Bedeutung. An ihre Stelle treten virtuelle Werkzeuge, Werkstoffe und Maschinen. Virtual Prototyping und Virtual Manufactoring sind beispielsweise solche Verfahren, die eine durchgängige digitale Prozesskette ermöglichen. Das Ziel ist die Zahl physikalischer Objekte (Modelle) und Prototypen, derer Erstellung viel Zeitaufwand erfordert und sehr kostenintensiv ist, drastisch zu reduzieren sowie die Leistungsfähigkeit und die Flexibilität der Produktionsprozesse durch Untersuchungen an virtuellen Objekten zu erhöhen. Problematisch hierbei sind häufig die beschränkten manuellen Eingriffsmöglichkeiten in der Herstellung der Objekte und die genaue Positionierung von diesen zueinander.The Today's industrial production is due to increasing virtualization characterized by production processes and the tendency to visualization. Traditional production and working methods, more or less through the direct and manifold handling of material Shaped objects were losing more and more importance. To take their place virtual tools, materials and machines. Virtual prototyping and Virtual Manufacturing, for example, are such methods a consistent enable a digital process chain. The goal is the number of physical objects (models) and prototypes, This preparation requires a lot of time and very costly is to drastically reduce as well as the performance and the flexibility production processes through investigations on virtual objects to increase. The problem here is often the limited ones manual intervention options in the production of objects and the accurate positioning of these to each other.
Aus der Veröffentlichung "Real Reality – Simulationsunterstützung durch gegenständliche Modelle" (Tagungsband der Fachrichtung Simulation und Visualisierung, Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg, SCS, 1998) ist eine Synchronisation zwischen virtuellem und realem Objekt (Modell) bekannt, bei der ein Objekt aus greifbaren Komponenten aufgebaut ist und synchron dazu ein virtuelles Objekt auf einem Datenträger erzeugt wird. Dabei wird das reale und dazu das virtuelle Objekt synchron gegen eine waagerechte Fläche bewegt, wobei das virtuelle Objekt ein vereinfachtes Abbild des realen Objektes darstellt. Solche virtuellen Objekte sind aufgrund dieser Vereinfachung für die Untersuchung komplizierter Flächengeometrien und produktionstechnischer Anwendungen nur eingeschränkt verwendbar.Out the publication "Real Reality - Simulation Support by representational Models "(Proceedings Department of Simulation and Visualization, Otto von Guericke University Magdeburg, SCS, 1998) is a synchronization between virtual and real Object (model) known, where an object is made of tangible components is constructed and synchronously to a virtual object on one disk is produced. Hereby the real and the virtual object become moved synchronously against a horizontal surface, the virtual Object represents a simplified image of the real object. Such virtual objects are more complicated for investigation due to this simplification surface geometries and production applications only limited use.
Weitere Informationen zum Manipulieren virtueller Objekte sind zu finden in „Virtuelle Welten"; Tools 3/2001 oder in Brauer, u.a.; „Rechnergestützte Übergänge zwischen gegenständlichen und abstrakten Modellen produktionstechnischer Systeme", artec Arbeitspapier 56, Februar 1998.Further Information about manipulating virtual objects can be found in "Virtual Worlds "; Tools 3/2001 or in Brauer, et al .; "Computer-aided transitions between subject and abstract models of production engineering systems ", artec working paper 56, February 1998.
Der vorliegenden Erfindung liegt ausgehend von diesem Stand der Technik die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Manipulieren von virtuellen Objekten in Form eines virtuellen Fahrzeuginsassendummies für Crashversuche, anzugeben, welches realitätsnahe Aussagen über die Auswirkungen von unterschiedlichen Positionen von Fahrzeuginsassen bei Fahrzeugcrashs zulässt.Of the present invention is based on this prior art The task is based on a method for manipulating virtual Objects in the form of a virtual vehicle occupant dummy for crash tests, indicate which is realistic Statements about the impact of different positions of vehicle occupants Vehicle crashes.
Die Erfindung ist in Bezug auf das zu schaffende Verfahren durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 wiedergegeben. Die weiteren Ansprüche enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens (Patentansprüche 2 und 3).The Invention is related to the process to be created by the Characteristics of claim 1 reproduced. The further claims contain advantageous embodiments and further developments of the method according to the invention (claims 2 and 3).
Die erfindungsgemäße Lösung ist gegeben durch ein Verfahren zum Manipulieren, insbesondere Positionieren, von mindestens einem virtuellen Objekt mit den Verfahrensschritten:
- – Greifen eines virtuellen Fahrzeuginsassendummies für Crashversuche als erstes virtuelles Objekt mittels einer Mensch-Maschine-Schnittstelle, wobei das virtuelle Objekt die physikalischen Eigenschaften eines entsprechenden realen Objektes aufweist,
- – Bewegen des ersten virtuellen Objekts mittels der Mensch-Maschine-Schnittstelle,
- – Positionieren des ersten virtuellen Objekts mittels der Mensch-Maschine-Schnittstelle gegen ein virtuelles Fahrzeug als zweites virtuelles Objekt unter Berücksichtigung einwirkender Kräfte,
- – Festhalten der Bewegungsbahn der virtuellen Objekte auf einem Datenträger unter der Einwirkung der Kräfte und Festhalten der aktuellen Position des ersten virtuellen Objektes auf dem zweiten virtuellen Objekt,
- – gegen eine geneigte und/oder konkave Fläche des zweiten virtuellen Objektes positioniert wird und das erste mit dem zweiten virtuellen Objekt in Lagrange-Kontakt stehen,
- – in dieser Position fixiert wird
- – und wobei das erste virtuelle Objekt und seine Umgebung über einen vorgegebenen Zeitraum in Hinsicht auf die Auswirkungen der Kräfte inspiziert werden.
- Gripping a virtual vehicle occupant dummy for crash tests as the first virtual object by means of a man-machine interface, wherein the virtual object has the physical properties of a corresponding real object,
- Moving the first virtual object by means of the man-machine interface,
- Positioning of the first virtual object by means of the human-machine interface against a virtual vehicle as a second virtual object taking into account acting forces,
- Holding the path of movement of the virtual objects on a data carrier under the action of the forces and holding the current position of the first virtual object on the second virtual object,
- Is positioned against an inclined and / or concave surface of the second virtual object and the first one is in Lagrange contact with the second virtual object,
- - Fixed in this position
- And wherein the first virtual object and its environment are inspected for a predetermined period of time with respect to the effects of the forces.
Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass ein Fahrzeuginsassendummy eine realitätsnahe Position im Fahrzeug einnimmt. Damit ist es möglich die Auswirkungen von unterschiedlichen Positionen der Fahrzeuginsassendummies in unterschiedlichen Crashversuchen wie beispielsweise Frontal aufprall, Seitenaufprall, Überschlag detailliert zu untersuchen.One Advantage of the method according to the invention is that a vehicle occupant dummy a realistic position in the vehicle occupies. Thus it is possible the effects of different Positions of the vehicle occupant dummies in different crash tests such as frontal impact, side impact, rollover to investigate in detail.
Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Manipulieren besteht darin, dass das erste virtuelle Objekt gegen das zweite virtuelle Objekt, unabhängig von der Flächenneigung des zweiten virtuellen Objektes, punktgenau positioniert wird, wobei die beiden virtuellen Objekte in Lagrange-Kontakt zueinander stehen. Diese Positionierung unter Berücksichtigung einwirkender Kräfte, insbesondere verfahrensspezifischer Umformkäfte, aber auch verfahrensunabhängiger Kräfte, wie bspw. der Gravitation, ist besonders bei der Bewertung eines realitätsnahen Chrashversuchs von Bedeutung.An essential advantage of the method according to the invention for manipulating is that the first virtual object opposes the second virtual object, independently of the surface inclination of the second virtual object is precisely positioned, the two virtual objects being in Lagrange contact with each other. This positioning under consideration of acting forces, in particular process-specific Umformkäfte, but also process-independent forces, such as, for example, the gravity, is particularly important in the evaluation of a realistic Chrashversuchs.
Ein weiterer Vorteil des Verfahrens besteht darin, dass erst durch die punktgenaue Positionierung der virtuellen Objekte zueinander eine Optimierung der Position des ersten zum zweiten virtuellen Objekt möglich ist, die dann die genaue Untersuchung nachgeschalteter Prozesse ermöglicht.One Another advantage of the method is that only through the pinpoint positioning of the virtual objects to each other Optimization of the position of the first to the second virtual object possible is, then the exact investigation of downstream processes allows.
Das Festhalten (Speichern) von Positionen und Bewegungsbahnen der virtuellen Objekte erfolgt, um diese für weitere, insbesondere vergleichende, Untersuchungen bereitzustellen.The Capture (save) positions and trajectories of the virtual Objects are done to this for to provide further, in particular comparative, investigations.
Die Inspektion des virtuellen Objektes und seiner Umgebung erfolgt nicht nur zu einem einzelnen Zeitpunkt, sondern über einen vorgebbaren Zeitraum, damit die beabsichtigte Untersuchung, insbesondere in Hinsicht auf die Optimierung des Prozesses, über eine möglichst breite und damit verlässliche Datenbasis verfügt.The Inspection of the virtual object and its environment does not take place only at a single time, but over a predefinable period, thus the intended investigation, in particular with regard to the optimization of the process, over one possible broad and therefore reliable database features.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die physikalischen Eigenschaften des virtuellen Objektes variabel definiert.In an advantageous embodiment of the method according to the invention become the physical properties of the virtual object variably defined.
Insbesondere werden physikalische Eigenschaften wie z.B. der E-Modul und damit die elastische Dehnung der virtuellen Objekte, die Reibbeiwerte zwischen dem ersten virtuellen Objekt zum zweiten virtuellen Objekt, die Federkraft und die Gravitationskraft, variiert. Die physikalischen Eigenschaften der virtuellen Objekte entsprechen den physikalischen Eigenschaften realer Objekte; sie sind auf dem Datenträger gespeichert und zu jedem Zeitpunkt abrufbar und anwendbar. Die Variation der physikalischen Eigenschaften erlaubt ein exakteres Positionieren des ersten virtuellen Objektes zum zweiten virtuellen Objekt für zu simulierende Prozesse, dadurch dass eine von außen aufgeprägte Beanspruchung, wie z.B. durch eine richtungs- und/oder ortsabhängig und/oder zeitlich variabel wirkende Kraft, vorgebbar ist. Dabei kann eine Änderung der physikalischen Eigenschaften der virtuellen Objekte zu jedem Zeitpunkt auch während der Simulation eines Prozesses interaktiv, beispielsweise akustisch, erfolgen, wobei die virtuellen Objekte in Lagrange-Kontakt zueinander stehen. Es ist weiterhin möglich, die Änderung der physikalischen Eigenschaften der virtuellen Objekte in Echtzeit herbeizuführen.Especially physical properties such as e.g. the modulus of elasticity and thus the elastic elongation of the virtual objects, the coefficients of friction between the first virtual object and the second virtual object, the spring force and the gravitational force varies. The physical Properties of the virtual objects correspond to the physical ones Properties of real objects; they are stored on the disk and available at any time and applicable. The variation of physical properties allows a more precise positioning of the first virtual object to the second virtual object to be simulated Processes, characterized in that an externally imposed stress, such as. by a direction and / or location dependent and / or temporally variable acting force, is specifiable. It can be a change in the physical Properties of the virtual objects at any time, even during the Simulation of a process interactively, for example acoustically, where the virtual objects are in Lagrange contact with each other. It is still possible the change the physical properties of the virtual objects in real time bring about.
Um beim Manipulieren des virtuellen Objektes das Positionieren zu optimieren wird mittels der gegenständlichen haptischen Mensch-Maschine-Schnittstelle ein Hindurchgreifen im Sinne eines Hindurchführens durch ein und/oder mehrere virtuelle Objekte sowie ein Greifen und Bewegen eines virtuellen Objektes ermöglicht. Das Hindurchgreifen mittels einer sogenannten „Fluid"-Option durch ein und/oder mehrere virtuelle Objekte erlaubt dabei jederzeit eine Inspizierung der virtuellen Objekte hinsichtlich der Positionierung und eine zeitliche Überprüfung des Prozessfortschritts. Somit ist ein Sichten ins Innere der virtuellen Objekte möglich, was bei realen Objekten nicht durchführbar ist.Around to manipulate the positioning while manipulating the virtual object becomes by means of the objective haptic man-machine interface in the face Sense of passing through by one and / or more virtual objects as well as a gripping and Moving a virtual object allows. The grasping means a so-called "fluid" option through and / or several virtual objects allow an inspection at any time of the virtual objects in terms of positioning and a temporal review of the Process progress. Thus, a sighting is inside the virtual Objects possible, which is not feasible with real objects.
In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Mensch-Maschine-Schnittstelle als Datenhandschuh ausgestaltet, der über Bewegungssensoren und/oder taktile Sensoren und/oder eine Kraftrückkopplung verfügt.In Another embodiment of the method according to the invention is the human-machine interface designed as a data glove, the movement sensors and / or tactile sensors and / or a force feedback has.
Der Vorteil dieser Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass mittels der gegenständlichen haptischen Mensch-Maschine-Schnittstelle als Datenhandschuh, das Griffmuster und/oder die Oberflächentopographie der virtuellen Objekte erkannt und ertastet werden, wobei die visuellen Sinne sowie die kinästhetische Wahrnehmung geschärft werden.Of the Advantage of this embodiment of the method according to the invention is that by means of the objective haptic man-machine interface as a data glove that Grip pattern and / or the surface topography the virtual objects are detected and palpated, with the visual Senses as well as the kinesthetic Perception sharpened become.
Im Gegensatz zu der Veröffentlichung "Real Reality – Simulationsunterstützung durch gegenständliche Modelle" werden erfindungsgemäß die aus dem Manipulationsprozess von dem ersten virtuellen Objekt gewonnen Informationen mittels des Datenhandschuhs dem Anwender haptisch übermittelt.in the Contrary to the publication "Real Reality - Simulation Support by representational Models " According to the invention from obtained from the manipulation process of the first virtual object Information via the data glove the user haptically transmitted.
Die Erfindung ist nicht nur auf das beschriebene Beispiel, sondern ist auch für ganz andere Anwendungen geeignet. So kann das Verfahren ebenfalls für einen virtuellen Verkaufs- und/oder Ausstellungsraum angewendet werden. Der Kunde kann dabei mittels eines Datenhandschuhs Details von dem für Ihn gefertigten Fahrzeug ertasten. Weiterhin ist denkbar, dass der Kunde mittels der "Fluid"-Option durch die Karosserie des Fahrzeugs hindurch beispielsweise das Lenkrad haptisch greifen oder beispielsweise die Bewegung der Kolben taktil fühlen kann. Dem Kunden wird die Möglichkeit gegeben die Fertigung des Fahrzeugs mitzuerleben, Einsichten in die Funktionsweise der Bauteile in einem Fahrzeug zu erlangen, bevor die eigentliche Herstellung des Fahrzeugs erfolgt ist. Somit bekommt der Kunde einen Eindruck von den für ihn interessanten Details. Zusätzlich wird das Griffmuster und/oder die Oberflächentopographie der virtuellen Bauteile ertastet, wobei die visuellen Sinne sowie die kinästhetische Wahrnehmung geschärft werden. Des Weiteren besteht die Möglichkeit, das Verfahren für Kunden im Internet in einem virtuellen Kundencenter anzubieten.The invention is not limited to the example described, but is also suitable for completely different applications. Thus, the method can also be applied to a virtual sales and / or showroom. The customer can feel the details of the vehicle made for him by means of a data glove. It is also conceivable that the customer by means of the "fluid" option through the body of the vehicle, for example, the haptic grip the steering wheel or, for example, feel the movement of the piston tactile. The customer is given the opportunity to witness the manufacture of the vehicle to gain insight into the functioning of the components in a vehicle before the actual production of the vehicle is done. Thus, the customer gets an impression of the interesting details for him. In addition, the grip pattern and / or the surface topography of the virtual components are sensed, sharpening the visual senses as well as the kinaesthetic perception. Furthermore be It is possible to offer the procedure to customers on the Internet in a virtual customer center.
Des Weiteren ist es denkbar für die Kontaktverhältnisse anstelle des Lagrange-Kontaktes eine nicht lineare, s.g. penalty Kontaktfunktion, zu verwenden, die eine teilweise geringe Durchdringung der virtuellen Objekte zulässt. Diese Durchdringung soll möglichst klein gehalten werden, da die Positionierung mit zunehmender Durchdringung ungenauer wird.Of Further it is conceivable for the contact conditions instead of the Lagrange contact a non-linear, s.g. penalty Contact function, using a partially low penetration of allows virtual objects. This penetration should be as possible kept small, since the positioning with increasing penetration becomes inaccurate.
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- 2004-01-07 DE DE102004001167A patent/DE102004001167B4/en not_active Expired - Fee Related
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