乘用車儲(chǔ)物空間精確測(cè)量及逆向方法

侯博瑞 黃超俊

（寶沃汽車有限公司）

乘用車儲(chǔ)物空間設(shè)計(jì)是汽車人機(jī)工程中的一個(gè)重要組成部分[1]。不同的消費(fèi)群體所需要的儲(chǔ)物空間是不同的[2]，所以前期的標(biāo)桿分析和儲(chǔ)物空間尺寸定義是十分重要的[3]。現(xiàn)有的方法是用過三維掃描儀掃描逆向的方法進(jìn)行儲(chǔ)物空間的還原，這種方法比較適用于大尺寸的儲(chǔ)物空間（如后備箱），但對(duì)于其他位置的儲(chǔ)物空間，無法做到完全的逆向掃描。文章針對(duì)儲(chǔ)物空間測(cè)量方法進(jìn)行優(yōu)化。測(cè)量前注重汽車和儲(chǔ)物空間的編碼排序，運(yùn)用抽象幾何體的方法對(duì)實(shí)車進(jìn)行測(cè)量，逆向建模搭建數(shù)據(jù)庫，展現(xiàn)出汽車完整的儲(chǔ)物間，為合理地制定整車儲(chǔ)物空間具體尺寸定義提供有效的數(shù)據(jù)支持。

1 乘用車儲(chǔ)物空間分類

乘用車的儲(chǔ)物空間從使用角度分為2 類：一類是汽車行駛時(shí)，車內(nèi)乘員無法使用的，如傳統(tǒng)汽車的后備箱、新能源汽車的前行李箱；另一類是汽車行駛時(shí)，提供給車內(nèi)乘員使用的儲(chǔ)物空間，文章主要研究的就是這類儲(chǔ)物空間。

乘用車的儲(chǔ)物空間主要按照零部件模塊進(jìn)行劃分，如圖1 所示[4]。其中有些儲(chǔ)物空間是可以進(jìn)行逆向空間測(cè)量的，如手套箱、杯托、扶手箱等，而像卡夾、網(wǎng)兜、掛鉤類儲(chǔ)物特征，采用其他的測(cè)量方法，暫不計(jì)算在整體儲(chǔ)物空間內(nèi)。

圖1 乘用車儲(chǔ)物空間模塊劃分

2 乘用車儲(chǔ)物空間測(cè)量

乘用車開發(fā)流程中儲(chǔ)物空間的定義會(huì)受到艙內(nèi)其他零件布置的限制，所以乘客艙的儲(chǔ)物空間一般都是非規(guī)則空間。常見的測(cè)量方法有2 種：第1 種是簡(jiǎn)化法，特點(diǎn)是計(jì)算簡(jiǎn)便，能快速得到結(jié)果，但是誤差大，通常通過測(cè)量?jī)?chǔ)物空間的長(zhǎng)寬高來計(jì)算容積[5]，這樣得出的數(shù)據(jù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于實(shí)際數(shù)值；第2 種是掃描逆向方法，該方法得出的容積精度高，缺點(diǎn)是掃描點(diǎn)云完整度差，無法完整逆向，繪制周期長(zhǎng)且逆向過程復(fù)雜。所以文章綜合這2 種方法，提出了一種精確測(cè)量方法，既保證逆向的精度，又同時(shí)縮短測(cè)量的時(shí)間。

對(duì)于行李箱的容積，按照GB/T 19514—2004/ISO 3832：2002《乘用車行李艙標(biāo)準(zhǔn)容積的測(cè)量方法》進(jìn)行測(cè)量，這里不做贅述。

2.1 測(cè)量尺寸代碼定義

保證完全逆向的前提是，制定明確的儲(chǔ)物空間測(cè)量尺寸代碼定義，保證所測(cè)儲(chǔ)物空間能夠通過所測(cè)量的尺寸，在CATIA 中構(gòu)建出三維模型。儲(chǔ)物空間可以大致分為立方體和圓柱體2 類。根據(jù)汽車整車坐標(biāo)系，定義測(cè)量的第1 級(jí)代碼為測(cè)量方向，分別是X，Y，Z 3 個(gè)方向，與整車坐標(biāo)系對(duì)應(yīng)；若測(cè)量一個(gè)近似立方體的空間，每個(gè)1 級(jí)代碼就會(huì)有4 個(gè)子尺寸要測(cè)量，即用第2 級(jí)代碼明確測(cè)量面，因?yàn)槊總€(gè)面上會(huì)有4 個(gè)尺寸，一般儲(chǔ)物空間主要要考慮的是開口尺寸和底部面積，所以2 級(jí)代碼分別用O 代表開口平面，用B 代表底部平面，用F 代表前部立面，用R 代表后部立面；第3 級(jí)代碼用阿拉伯?dāng)?shù)字進(jìn)行表達(dá)，編號(hào)從前部開始以順時(shí)針方式編排，具體完整代碼，如圖2 所示。

圖2 乘用車立方體儲(chǔ)物空間測(cè)量代碼示意圖

2.2 實(shí)車測(cè)量方法及現(xiàn)場(chǎng)記錄

乘用車儲(chǔ)物空間的測(cè)量方法有2 種，一種為卷尺、皮尺的測(cè)量方法，另一種是“以物量物”的測(cè)量方法（如量塊），文章采用第1 種方法進(jìn)行測(cè)量。在測(cè)量時(shí)對(duì)目標(biāo)儲(chǔ)物空間可以采用以下3 種方法將其幾何化，以方便測(cè)量和逆向，如表1 所示。

表1 乘用車不同儲(chǔ)物空間的測(cè)量方法

測(cè)量前的準(zhǔn)備如下：

1）在進(jìn)行實(shí)車測(cè)量之前，要明確目標(biāo)車型的型號(hào)和儲(chǔ)物空間的位置及定義，防止在進(jìn)行實(shí)車測(cè)量時(shí)產(chǎn)生遺漏項(xiàng)，并提前制定好測(cè)量方案，保證在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成測(cè)量任務(wù)；

2）打印出目標(biāo)車型的儲(chǔ)物空間圖片及測(cè)量清單，標(biāo)注好測(cè)量代碼，方便記錄查找；

3）在現(xiàn)場(chǎng)需要針對(duì)目標(biāo)車的狀態(tài)進(jìn)行適當(dāng)處理，如在儲(chǔ)物空間存放的物品要及時(shí)清出，避免對(duì)測(cè)量造成影響，測(cè)量完成后要將存放物品歸還到位。

在進(jìn)行實(shí)車測(cè)量時(shí)，按照駕駛位置、副駕位置、二排位置依次進(jìn)行，根據(jù)測(cè)量法結(jié)合測(cè)量清單逐一測(cè)量。實(shí)際測(cè)量位置，如圖3 所示，綠色線范圍為頂部及底部測(cè)量示意，白色線為高度Z 向尺寸。

圖3 乘用車各儲(chǔ)物特征尺寸測(cè)量位置示意圖

3 乘用車儲(chǔ)物空間逆向

3.1 CAITA 逆向方法

由于儲(chǔ)物空間逆向精度的要求較低，所采用逆向方法不同于復(fù)雜的點(diǎn)云逆向，需要處理龐大的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，僅采用CATIA 的創(chuàng)成式設(shè)計(jì)模塊即可完成儲(chǔ)物空間的逆向建模。根據(jù)所測(cè)量的尺寸以及圖片上的標(biāo)注，通過空間線條搭建形面，再形成封閉曲面生成實(shí)體，并用測(cè)量模塊計(jì)算容積，逆向結(jié)果，如圖4 所示。

圖4 乘用車各儲(chǔ)物特征逆向?qū)嶓w數(shù)據(jù)

3.2 儲(chǔ)物數(shù)據(jù)庫建立

3.2.1 三維數(shù)據(jù)庫搭建

乘用車儲(chǔ)物空間數(shù)據(jù)庫的搭建按照車型進(jìn)行劃分，根據(jù)劃分級(jí)別建立數(shù)據(jù)體系。第1 級(jí)按照汽車的類型劃分為轎車Sedan、越野車SUV、多用途車MPV這3 類；第2 級(jí)按照汽車軸距劃分為微型車A00、小型車A0、緊湊型車A、中型車B、中大型車C、大型車D。

將逆向完成的各儲(chǔ)物空間整合在一起，建立起該車型的儲(chǔ)物空間三維數(shù)據(jù)庫，根據(jù)該車布置圖，將各儲(chǔ)物空間約束到相應(yīng)的位置，保證每個(gè)布置圖對(duì)應(yīng)一個(gè)整體儲(chǔ)物空間三維模型。對(duì)于沒有布置圖的車型，可以參考尺寸近似或?qū)?biāo)車型進(jìn)行約束。最終形成乘用車整車儲(chǔ)物空間三維數(shù)據(jù)庫，如圖5 所示，方便人機(jī)工程師、總布置工程師進(jìn)行分析。

圖5 整車儲(chǔ)物空間三維數(shù)據(jù)庫

3.2.2 誤差對(duì)比

通過對(duì)某一型號(hào)SUV 的儲(chǔ)物空間容積進(jìn)行測(cè)量逆向，并與點(diǎn)云逆向出的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，分析本方法的精確度能否達(dá)到前期預(yù)估，結(jié)果如表2 所示。

表2 某SUV 儲(chǔ)物空間實(shí)車測(cè)量逆向結(jié)果與實(shí)際容積對(duì)比 L

從表2 中可以看出，小儲(chǔ)物空間的容積誤差可以控制在0.01 L 以內(nèi)；大空間的容積誤差可控制在0.1 L以內(nèi)。

4 結(jié)論

文章介紹了一種新的儲(chǔ)物空間精確測(cè)量及逆向方法，并通過該方法的測(cè)量數(shù)據(jù)建立了儲(chǔ)物空間三維數(shù)據(jù)庫，能夠客觀、快捷地指導(dǎo)汽車開發(fā)前期的儲(chǔ)物規(guī)劃及設(shè)計(jì)。通過與點(diǎn)云逆向出的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果相差不大，證明了該方法的可行性。運(yùn)用本方法能在較短時(shí)間內(nèi)對(duì)大量目標(biāo)車型的儲(chǔ)物空間進(jìn)行測(cè)量，并得到滿意的數(shù)據(jù)結(jié)果，能夠針對(duì)產(chǎn)品定義快速制定儲(chǔ)物方案并滿足市場(chǎng)定義，大大縮短了汽車前期的研發(fā)周期。