越开越完美

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依靠乘客模拟系统,哪怕只是一张设计图,汽车设计师们都能从中获得驾车体验的数据。

没有车脊和后悬,驾驶室里只有中控台、方向盘和座椅,驾驶员正在试开这辆模型车。试车场是天花板和三面墙壁组成的四个蓝色投影面。

前方路况显示,车行缓慢。

经过五个虚拟街区,行驶十几分钟之后,驾驶员开下虚拟交流道,卸下胳膊和腿上的传感器,走出镂空驾驶室,结束了首轮试车。

从打开车门、系上安全带到下车,驾驶员的一举一动已经被乘客模拟系统软件转化为几组数据,实时记录在电脑上,这些数据将会告诉福特的汽车设计工程师:下一步应该怎样完善设计。

捕捉驾驶员的每个动作

“在这之前,我们只有等乘客试驾成品之后,才能知道他们是否觉得舒适。”福特汽车有限公司研究与工程部经理Gary Strumolo说,使用了乘客模拟系统软件(HOPS,Human Occupant PackageSimulator)之后,即使汽车还在设计环节,工程师也“可以在虚拟世界中,得知乘客的驾车体验”。

HOPS系统的灵感来自动作捕捉技术(Motion-Capture),电影《魔戒》的拍摄、电子游戏《NBA LIVE》的开发都使用了这项技术,通过光学传感器捕捉演员的表情和姿势,投射在电脑屏幕上,《魔戒》中咕噜的形态和游戏中NBA球员的灌篮姿势会变得更加逼真。

福特汽车尝试将动作捕捉技术用于汽车设计。在驾驶员的胳膊、腿、前胸、后背、头部、甚至脸部装上50个传感器。于是驾驶员再进入半成品模型中模拟驾驶。系统忠实记录驾驶员操控方向盘、移动排挡杆、踩踏离合器等的时候身体各个部位的位移、肌肉的运动,甚至还能捕捉驾驶员快要睡着时的面部表情。

最终,系统将动作轨迹转化为数据。

数字化驾车体验

不断优化设计方案的设计工程师,已经厌倦了乘客给出的“挺舒适”或“还行”这样虚无飘渺的试车评价,即使“没有照明死角、噪音隔绝,但后排纵梁大、乘坐不适”这样比较详细的试车体验依然无法满足工程师们的需求。

他们真正需要的是几组精确的数据,这些数据能够告诉他们下一步的设计方案,比如,座椅与中控台之间的距离缩小或扩大的具体尺寸等等,诸如此类的细节。

“同一款车,有的人觉得舒适,有的人感觉正好相反,我们要在上路前找出原因。”福特汽车的技术负责人Nanxin Wang说。不管设计进入哪个环节,只要对设计方案有疑虑,就可以让这位驾驶员出场,将主观感受数字化。

“针对不同的设计方案,我们可以让成百上千位不同体型的乘客试驾,记录他们的体验数据。”Strumolo说。由此建立的数据库帮助工程师优化车辆造型、车厢内设备的位置以及操控界面的设计数值。

虚拟实验室的人车互动

结合了动作捕捉技术以及在更早期开发出的自动化虚拟环境( CE,C aveAutomated Virtual Environment)和可编程汽车模型(PVM,Programmable Vehicle Model)等技术的HOPS系统设计出来的汽车,在上路之前恐怕已经搭载了上千位乘客,经历了数次试驾,逛遍了密歇根州的大街小巷。而这些工作都是在福特的虚拟评估(IVE,Immersive Virtual Evaluation)实验室中完成的。

基于立体投影技术的CAVE系统将街区建筑物、行人和车辆投射在实验室的墙壁上,营造不同的行车路况,PVM系统控制下的试驾模型看起来就像一辆没有门板和车顶板的汽车,它利用液压技术让驾驶员自由进出,并且根据工程师的需要任意改变车身的全部尺寸、车内装置的位置。

“当你环顾四周,你可以看见车内和车外的所有景象,但这的确是计算机设计出来的虚拟场景。”IVE实验室的工作人员Elizabeth Baron说。

使用HOPS系统的工程师在虚拟环境中一边试驾,一边修改设计方案,尽可能准确地预见路驾时会因为设计缺陷引发的安全隐患,“进一步的了解车辆设计与人体反应之间的关系。”比如,中控台上关键按钮怎样分布最方便司机按键,甚至还包括什么材质的汽车配件容易引发疲劳驾驶。

值得一提的是,HOPS系统在帮助汽车设计工程师寻找完美设计方案的过程中,还将汽车的设计成本控制在了最低。