专利名称：虚拟驾驶场景生成方法、装置及机动车驾驶教学系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及机动车驾驶教学技术领域，特别是一种虚拟驾驶场景生成方法、装置
及机动车驾驶教学系统。
背景技术：
信息技术的发展，扩展了机动车驾驶教学方式。机动车驾驶教学除可采用传统的 基于实车实场地的实景教学方式，还可采用模拟场景教学方式。由于参与教学的学员通常 不具备熟练驾驶机动车的技能，因此，在实景教学时，可能导致交通事故，并且会耗费大量 的能源。模拟场景教学方式在帮助学员提高驾驶技能的同时，还可有效降低发生交通事故 的风险，且节约能源。因此，模拟场景教学方式得到了较好的推广与应用。
以中国专利申请200710080378. 7为参考，现有技术中，模拟场景教学方式所采用 的模拟场景教学系统通常包括 车身与支架子系统，设置有各种操作部件，如方向盘、转向柱、离合踏板总成、油门 踏板总成等等，由操作人员如学员用于实现模拟驾驶，该子系统中；本申请中，称用于模拟 机动车以方便操作人员模拟驾驶的装置为机动车模拟装置，如该车身与支架子系统；
信号采集子系统，用于采集操作部分的运动数据及操作人员的运动信号；具体如 将能够采集操作部件的运动数据的传感器与对应的操作部件相连接，以采集相应的运动数 据； 视景子系统，用于将路普展现给操作人员，并用于根据汽车动力学模型和采集到 各操作部分的运动数据，控制路普中被操作人员所操作的车辆的运动，并展现给操作人员。 其中，路普是模拟道路上铺设如交通信号灯等等道路元素后，所构成的各种路况的虚拟情境。 发明人在实现本发明的过程中，发现现有技术至少存在如下问题 现有技术中，虚拟情境需要由操作人员基于教学系统提供的成像工具来设置，因
此仿真效果较差，且给操作人员增加了工作量，对于学员不便于其留出更多时间练习驾驶。
因此，现有技术中，信息技术在机动车驾驶教学中的应用尚存在不足之处。
发明内容
本发明实施例提供一种，以解决在现有技术中存在的信息技术在机动车驾驶教学
中的应用欠佳的技术问题。为解决上述技术问题，本发明提供一种虚拟驾驶场景生成方法，包括 获取预设的体现虚拟路况的场景仿真数据以及操作描述数据；所述操作描述数据
描述机动车模拟装置内操作部件的操作动作；所述机动车模拟装置模拟机动车； 根据所述场景仿真数据以及所述操作描述数据，生成虚拟驾驶场景。 较佳地，所述获取体现驾驶场景的仿真数据包括 从存储所述仿真数据的预设数据库中获取到所述场景仿真数据。
较佳地，所述虚拟路况所体现的地理信息与真实的地理信息相符合。 较佳地，所述利用所述场景仿真数据以及所述操作描述数据，生成虚拟驾驶场景
包括 利用机动车动力学原理，计算在所述操作描述数据描述的所述操作下，所述机动
车模拟装置在所述场景仿真数据描述的虚拟路况中的行使状态描述数据； 将所述场景仿真数据以及所述行使状态描述数据合成所述虚拟驾驶场景。 较佳地，所述计算所述行使状态描述数据之前，该方法进一步包括 将所述场景仿真数据的数据格式转换为所述计算能够支持的数据格式。 较佳地，所述方法应用于机动车驾驶教学过程。 为解决上述技术问题，本发明还提供一种虚拟驾驶场景生成装置，包括获取单元 和生成单元； 所述获取单元，用于获取预设的体现虚拟路况的场景仿真数据以及操作描述数 据；所述操作描述数据描述机动车模拟装置内操作部件的操作动作；所述机动车模拟装置 模拟机动车； 所述生成单元，用于利用所述获取单元获取的所述场景仿真数据以及所述操作描 述数据，生成虚拟驾驶场景。
较佳地，所述生成单元包括计算单元与合成单元； 所述计算单元，用于根据预设的机动车动力学模型数据，计算在所述获取单元获 取的操作描述数据描述的所述操作下，所述机动车模拟装置在所述获取单元获取的所述场 景仿真数据描述的虚拟路况中的行使状态描述数据； 所述合成单元，用于利用所述计算单元算出的所述行使状态描述数据以及所述获 取单元获取的所述场景仿真数据，合成所述虚拟驾驶场景。 较佳地，所述装置进一步包括数据转换单元，用于将所述获取单元获取的所述场 景仿真数据的数据格式转换为所述生成单元能够支持的数据格式。 为解决上述技术问题，本发明还提供一种机动车驾驶教学系统，包括机动车模拟 装置，其特征在于，进一步包括数据库、虚拟驾驶场景生成装置和显示装置；
所述数据库，用于存储预设的体现虚拟路况的场景仿真数据；
所述虚拟驾驶场景生成装置，包括获取单元和生成单元； 所述获取单元，用于从所述数据库中获取所述场景仿真数据以及操作描述数据； 所述操作描述数据描述机动车模拟装置内操作部件的操作动作；所述机动车模拟装置模拟 机动车； 所述生成单元，用于利用所述获取单元获取的所述场景仿真数据以及所述操作描 述数据，生成虚拟驾驶场景； 所述显示装置，用于显示所述虚拟驾驶场景生成装置生成的所述虚拟驾驶场景。
综上所述，本发明所提供的上述虚拟驾驶场景生成方法、装置以及机动车驾驶教 学系统通过获取预设的描述虚拟路况的场景仿真数据，并结合操作人员对操作部件的操 作，生成虚拟驾驶场景，在减少操作人员工作量的同时，向操作人员展示逼真的驾驶场景， 提高操作人员的驾驶感受。并且，基于场景仿真数据可预设为与实际地理信息相符合的虚 拟场景，因此，操作人员如学员在学习驾驶技术的同时，即能够熟悉实际道路的行使路线，
5有效避免实际上路时因不熟悉到目的地的行使路线而可能导致的行使路线错误、浪费能源 以及时间等等错误。
图1是本发明中虚拟驾驶场景生成装置的结构示意图； 图2是本发明中虚拟驾驶场景生成方法的流程图； 图3是本发明中机动车驾驶教学系统的结构示意图； 图4是本发明中传动控制方法的流程图； 图5是本发明提供的种传动控制装置的结构示意图； 图6是本发明中传动控制装置的另一结构示意图； 图7是本发明中机动车驾驶教学系统的结构示意图。
具体实施例方式
本发明中，为进一步深化信息技术在现有模拟驾驶教学方式中应用，对用于形成
路普或虚拟路况技术做出改进，在减轻操作人员的工作负担的同时，改善仿真效果。 下面结合附图及具体的实施例对本发明的技术方案作详细说明。 参见图l，图l是本发明中虚拟驾驶场景生成装置的结构示意图。图1中，虚拟驾
驶场景生成装置100可包括获取单元101和生成单元102 ; 获取单元101，用于获取预设的体现虚拟路况的场景仿真数据以及操作描述数据； 操作描述数据描述机动车模拟装置内操作部件的操作动作； 生成单元102，用于利用获取单元101获取的场景仿真数据以及操作描述数据，生 成虚拟驾驶场景。 图1中，生成单元102可包括计算单元1021与合成单元1022 ;
计算单元1021，用于根据预设的机动车动力学模型数据，计算在获取单元101获 取的操作描述数据描述的操作下，机动车模拟装置在获取单元101获取的场景仿真数据描 述的虚拟路况中行使的行使状态描述数据；行使状态描述数据可描述模拟行使中机动车的 行使轨迹； 合成单元1022，用于利用计算单元1021算出的行使状态描述数据以及获取单元 101获取的场景仿真数据，合成虚拟驾驶场景。虚拟驾驶场景体现所模拟的机动车在虚拟路 况中行使的场景，如模拟出的机动车在虚拟路况上行使的场景。实际应用中，可从操作人员 的角度观看该场景，或可从整体包括虚拟路况以及整个虚拟机动车的角度观看该场景。
图1中，虚拟驾驶场景生成装置100可进一步包括数据转换单元103，用于将获 取单元101获取的场景仿真数据的数据格式转换为生成单元102能够支持的数据格式，其 中，主要是要转换为计算单元1021能够支持的数据格式。 参见图2，图2是本发明中虚拟驾驶场景生成方法的流程图，该流程可包括以下步 骤 步骤201、获取预设的体现虚拟路况的场景仿真数据以及操作描述数据；其中，操 作描述数据描述机动车模拟装置内操作部件的操作动作；机动车模拟装置模拟机动车。
本发明的具体实现中，体现虚拟路况的场景仿真数据可被预先设置，则在机动车驾驶教学过程中，可直接获取预设的场景仿真数据，有效减少操作人员的工作负担。具体 地，可预设数据库，将设计完成的场景仿真数据预存于该数据库中，并且，本发明的实施例 中，场景仿真数据的设计工作可由专业级的设计人员执行，以为虚拟驾驶场景的生成提供 仿真效果较佳的场景仿真数据。 设计人员可根据教学者的教学需求，设计体现特定驾驶场景的场景仿真数据。从 而，教学这可安排操作人员如学员在特定驾驶场景下练习驾驶，使教学具有针对性，有助于 提高教学质量。具体地，场景仿真数据可基于3DMAX编设，或可基于其他仿真技术编设。
本发明的具体实现中，对于操作描述数据，可基于传感器技术，从与机动车模拟装
置上各操作部件连接的传感器处直接获取，或可基于其他数据采集技术获取。 步骤202、根据场景仿真数据以及操作描述数据，生成虚拟驾驶场景。 本发明的具体实现中，可利用机动车动力学原理，计算在操作描述数据描述的操
作下，机动车模拟装置在场景仿真数据描述的虚拟路况中的行使状态描述数据；之后，再将
场景仿真数据以及行使状态描述数据合成为虚拟驾驶场景。 本发明的实施例中，由于场景仿真数据的仿真效果较佳，因此所生成的虚拟驾驶 场景更加逼近于真实的驾驶场景。操作人员在上述虚拟驾驶场景中通过操控机动车模拟装 置，能够体会较真实的驾驶感受。 另外，在实际应用中，若计算行使状态描述数据的计算过程难以支持场景仿真数 据，则需要将场景仿真数据的数据格式转换为计算过程能够支持的数据格式后，再执行计 算过程。 上述虚拟场景生成方法可应用在机动车驾驶教学过程且不限于使用于现有视景 子系统中，主要用于自动生成逼近真实的供操作人员联系驾驶技能使用的虚拟驾驶场景。
并且，实际应用中，在设计场景仿真数据时，可结合真实的地理信息，使设计出的 场景仿真数据能够所体现的虚拟路况能够与真实的地理信息相符合，如道路、地标等等，从 而，对于操作人员，不仅可在逼近真实的虚拟驾驶场景中联系驾驶，而且可尽快熟悉实际道 路的行使路线，从而在实际上路时，不仅能够尽快适应实际道路上的驾驶环境，而且能够快 速找到到达目的地的正确行使路线，有效避免行使路线出错、浪费能源、浪费时间等等错 误。 参见图3，图3是本发明中机动车驾驶教学系统的结构示意图。图3中，机动车驾驶 教学系统300除包括机动车模拟装置301，还包括数据库302，虚拟驾驶场景生成装置100， 以及显示装置303，其中，虚拟驾驶场景生成装置100从数据库302中获取场景仿真数据，显 示装置303用于显示虚拟驾驶场景生成装置100生成的虚拟驾驶场景。且进一步，显示装置 303所显示的虚拟驾驶场景的角度可变，如可从操作人员的角度显示，还可显示包括虚拟路 况以及整个虚拟机动车的全景。 并且，实际应用中，可在机动车驾驶教学系统中进一步应用驾驶场景回放技术，全 方位回放操作人员的虚拟驾驶过程，使操作人员对自己驾驶技能有更全面的认识，以采取 针对性的措施，提高驾驶技能。 本发明中，还考虑改进机动车模拟装置上的传动技术，使操作人员体验实际路况 环境中行使的机动车内的真实环境，如机动车在崎岖路面行使时车内一些部件的振动，等 等，改善模拟驾驶的仿真效果。
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参见图4，图4是本发明中传动控制方法的流程图，该流程可包括以下步骤 步骤401、根据机动车模拟装置所模拟的行使状况，产生控制指令，该控制指令指
示机动车模拟装置上受控部件在上述行使状况中应产生的运动。 步骤402、根据该控制指令，控制机动车模拟装置内受控部件的运动。 本发明的具体实现中，根据实际需要，可控制一种或多种部件在行使状况中应产
生的运动，该一个或多个部件称为受控部件。受控部件如方向盘，通过控制，可使操作人员
感受到行使过程中出现的方向盘的振动等情况。受控部件还可如座椅。若有必要，可控制
模拟装置内的所有部件包括操作部件的运动，即所有部件为受控部件。 机动车模拟装置所模拟的行使状况可包括操作人员坐在模拟装置内的座椅上， 通过操控油门、档位、离合等等操作部件，模拟机动车的起步、加减速、拐弯等等行使。如机 动车起步时，通常车身会振动，带动车内的各部件振动。本发明中，可基于传动控制技术，模 拟出方向盘等被操作人员操作的受控部件的振动，使操作人员体验逼真的驾驶感受。
其中，控制指令的产生方式具体可包括 获取操作描述数据；该操作描述数据描述行使状况中，机动车模拟装置内操作部 件的动作，如档位杆被操作在几档，油门踏板被踩下多深，等等；操作描述数据可基于传感 器技术，采用相关传感器与对应的操作部件连接，操作操作部件的操作描述数据，必要时， 对直接采集到的操作描述数据作形式变换后再使用；根据操作描述数据以及预设的机动车 动力学模型数据，计算操作描述数据所描述的操作下，受控部件应产生的运动的运动描述 数据；且产生与运动描述数据对应的控制指令。其中，机动车动力学模型数据可基于机动车 动力学原理预先做出，可包括一些计算公式等。 本发明的实施例中，在控制受控部件的运动时，进一步考虑机动车模拟装置模拟 行使在虚拟路况中的行使状况中，机动车内部件可能产生的运动。其中，虚拟路况可以如但 不限于现有技术中相关人员设置出的路普。也就是说，本发明的实施例中，可结合对虚拟路 况上驾驶的模拟以及传动控制技术，使操作人员体验更加逼真的驾驶感受。
则，在虚拟路况的行使状况中，控制指令的产生方式具体可包括获取虚拟路况的 场景仿真数据以及操作描述数据；根据操作描述数据以及预设的机动车动力学模型数据， 且根据场景仿真数据，计算机动车模拟装置在虚拟路况中，受控部件应产生的运动的运动 描述数据；产生与运动描述数据对应的控制指令。 本发明的实施例中，不仅考虑行使状况中，操作部件的操作动作对受控部件的运
动的影响，还考虑行使状况中，虚拟驾驶场景或虚拟路况对受控部件的运动的影响，使操作
人员体验逼真的驾驶感受，如虚拟驾驶场景中路面崎岖不平，则操作人员不仅可从视觉上
感受逼真的驾驶，还可感受驾驶在崎岖的路面上的机动车内一些部件如方向盘的振动，座
椅的颠振等等，在逼近真实的驾驶环境中磨练驾驶技术，提高驾驶技能。 参见图5，图5是本发明提供的种传动控制装置的结构示意图。图5中，传动控制
装置500可包括指令产生单元501和控制单元502 ; 指令产生单元501，用于根据机动车模拟装置所模拟的行使状况，产生控制指令， 所述控制指令指示所述机动车模拟装置上操作部件在所述行使状况中应产生的运动；
控制单元502，用于根据指令产生单元501产生的控制指令，控制所述受控部件的 运动。
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图5中，指令产生单元501可包括第一获取单元5011、第一计算单元5012和第 一生成单元5013 ; 第一获取单元5011，用于获取操作描述数据； 第一计算单元5012，用于根据第一获取单元5011获取的操作描述数据以及预设 的机动车动力学模型数据，计算所述操作描述数据所描述的操作下，所述运动的运动描述 数据； 第一生成单元5013，用于产生与第一计算单元5012算出的运动描述数据对应的 所述控制指令。 参见图6，图6是本发明中传动控制装置的另一结构示意图。图6所示传动控制装 置600中，指令产生单元601可包括第二获取单元6011、第二计算单元6012和第二生成 单元6013 ; 第二获取单元6011，用于获取操作描述数据，以及所述虚拟路况的场景仿真数据； 所述操作描述数据描述所述行使状况中，机动车模拟装置内操作部件的操作动作；
第二计算单元6012，用于根据机动车动力学模型数据，第二获取单元6011获取的 操作描述数据以及场景仿真数据，计算机动车模拟装置在虚拟路况中，受控部件应产生的 运动的运动描述数据； 第二生成单元6013，用于产生与第二计算单元6012算出的运动描述数据对应的 控制指令。 另外，上述图6所示传动控制装置600中，第二获取单元6011也可从数据库中获 取预设的场景仿真数据，只要第二计算单元6012能够支持场景仿真数据的数据格式，若 不能支持该数据格式，则也可经过数据格式的转换，将场景仿真数据转换为第二计算单元 6012能够处理的场景描述数据的数据格式。 实际应用中，可将图5与图6中指令产生单元所具有的功能集成到一个单元中。
参见图7，图7是本发明中机动车教学系统的结构示意图。图7中，机动车教学系 统700除包括机动车模拟装置701，还可包括本发明的传动控制装置，如上述传动控制装置 600，且，该机动车驾驶教学系统700中可进一步设置括数据库302，虚拟驾驶场景生成装置 100，以及显示装置303。从而操作人员不仅可从视觉上感受逼真的驾驶情境，还能从触觉上 真切地体会在机动车内驾驶的驾驶感受。 在本发明的具体实现中，还可结合现有事故倾向性测评子系统所具备的功能，采 集操作人员的操作行为信息，生成针对该操作人员的操作指导信息。如操作人员在虚拟拐 弯时速度过快，则提示其需要减速拐弯，等等。 实际应用中，还可基于事故倾向性测评子系统，进行驾驶行为分析，根据学员操作 模拟器进行模拟练习时的实际情况进行驾驶心理结构分析，提出行为矫正措施、驾驶技能 综合评价等相关内容；或根据采集到的操作信息进行综合分析，将分析结果输出，如以预设 表格方式打印出来。 本发明的实施例中，预设数据库中场景仿真数据，可仿真实际发生的交通事故案 例，体现交通事故发生之前的实际路况。这些场景仿真数据在被使用后，可使操作人员经历 当时的路况场景，并通过自行操作机动车模拟装置，检测自己是否能够避免曾经发生的交 通事故，从而通过模拟练习，构建操作人员对各种路况条件下可能发生的突发情况的防范
9意识，实现操作人员应用驾驶技能的综合提升，强化构建操作人员安全驾驶的心理结构。
具体地，场景仿真数据所体现的驾驶场景中，路基可如城市道路、分向道路、混合 道路、夜间道路、雨天道路、泥泞路、冰雪路、雾天、山区道路、高速公路等等；根据路基上道 路元素的密集程度不同，又可体现出一般路况与复杂路况等不同驾驶难度的路况情况。
实际教学过程中，可基于虚拟驾驶场景生成装置生成的虚拟驾驶场景，以及数据 库中的路况仿真数据编排教学计划，如基于数据库中体现指定路况的仿真数据所生成的虚 拟驾驶场景，安排学员进行分项练习，针对某特定路况如雪天道路，雨天道路，夜间道路等 等进行驾驶练习；或可安排学员进行混合练习，如编排多种路况，让学员体验不同路况的驾 驶感受。 综上所述，本发明所提供的上述虚拟驾驶场景生成方法、装置以及机动车驾驶教 学系统通过获取预设的描述虚拟路况的场景仿真数据，并结合操作人员对操作部件的操 作，生成虚拟驾驶场景，在减少操作人员工作量的同时，向操作人员展示逼真的驾驶场景， 提高操作人员的驾驶感受。并且，基于场景仿真数据可预设为与实际地理信息相符合的虚 拟场景，因此，操作人员如学员在学习驾驶技术的同时，即能够熟悉实际道路的行使路线， 有效避免实际上路时因不熟悉到目的地的行使路线而可能导致的行使路线错误、浪费能源 以及时间等等错误。 基于本发明提供的传动控制方法、装置及相应的机动车驾驶教学系统，通过控制 机动车模拟装置上受控部件在所模拟的行使状况中应产生的运动，使操作人员体验更加全 面逼真的驾驶感受。 且结合本发明提供的上述虚拟场景生成技术以及传动控制技术，使操作人员不仅 在视觉上，还在触觉上，感受逼真的驾驶感受。 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人 员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应 视为本发明的保护范围。
权利要求
一种虚拟驾驶场景生成方法，其特征在于，包括获取预设的体现虚拟路况的场景仿真数据以及操作描述数据；所述操作描述数据描述机动车模拟装置内操作部件的操作动作；所述机动车模拟装置用于模拟机动车；根据所述场景仿真数据以及所述操作描述数据，生成虚拟驾驶场景。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取体现驾驶场景的仿真数据包括 从存储所述仿真数据的预设数据库中获取到所述场景仿真数据。
3. 根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述虚拟路况所体现的地理信息与真 实的地理信息相符合。
4. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用所述场景仿真数据以及所述操 作描述数据，生成虚拟驾驶场景包括利用机动车动力学原理，计算在所述操作描述数据描述的所述操作下，所述机动车模 拟装置在所述场景仿真数据描述的虚拟路况中的行使状态描述数据；将所述场景仿真数据以及所述行使状态描述数据合成所述虚拟驾驶场景。
5. 根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述计算所述行使状态描述数据之前，该 方法进一步包括将所述场景仿真数据的数据格式转换为所述计算能够支持的数据格式。
6. 根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法应用于机动车驾驶 教学过程。
7. —种虚拟驾驶场景生成装置，其特征在于，包括获取单元和生成单元； 所述获取单元，用于获取预设的体现虚拟路况的场景仿真数据以及操作描述数据；所述操作描述数据描述机动车模拟装置内操作部件的操作动作；所述机动车模拟装置模拟机 动车；所述生成单元，用于利用所述获取单元获取的所述场景仿真数据以及所述操作描述数 据，生成虚拟驾驶场景。
8. 根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述生成单元包括计算单元与合成单元；所述计算单元，用于根据预设的机动车动力学模型数据，计算在所述获取单元获取的 操作描述数据描述的所述操作下，所述机动车模拟装置在所述获取单元获取的所述场景仿 真数据描述的虚拟路况中的行使状态描述数据；所述合成单元，用于利用所述计算单元算出的所述行使状态描述数据以及所述获取单 元获取的所述场景仿真数据，合成所述虚拟驾驶场景。
9. 根据权利要求7或8所述的装置，其特征在于，所述装置进一步包括数据转换单 元，用于将所述获取单元获取的所述场景仿真数据的数据格式转换为所述生成单元能够支 持的数据格式。
10. —种机动车驾驶教学系统，包括机动车模拟装置，其特征在于，进一步包括数据 库、虚拟驾驶场景生成装置和显示装置；所述数据库，用于存储预设的体现虚拟路况的场景仿真数据； 所述虚拟驾驶场景生成装置，包括获取单元和生成单元；所述获取单元，用于从所述数据库中获取所述场景仿真数据以及操作描述数据；所述操作描述数据描述机动车模拟装置内操作部件的操作动作；所述机动车模拟装置模拟机动 车；所述生成单元，用于利用所述获取单元获取的所述场景仿真数据以及所述操作描述数 据，生成虚拟驾驶场景；所述显示装置，用于显示所述虚拟驾驶场景生成装置生成的所述虚拟驾驶场景。
全文摘要
本发明提供一种虚拟驾驶场景生成方法、装置及机动车驾驶教学系统，其中方法包括获取预设的体现虚拟路况的场景仿真数据以及操作描述数据；所述操作描述数据描述机动车模拟装置内操作部件的操作动作；所述机动车模拟装置模拟机动车；根据所述场景仿真数据以及所述操作描述数据，生成虚拟驾驶场景。本发明提供的技术方案，在减少操作人员工作量的同时，向操作人员展示逼真的驾驶场景，提高操作人员的驾驶感受。
文档编号G09B9/04GK101763761SQ20081022657
公开日2010年6月30日 申请日期2008年11月14日 优先权日2008年11月14日
发明者于晓辉 申请人:北京宣爱智能模拟技术有限公司