基于人機工程學的汽車點云處理方法

滿佳躍

摘要：車身總布置圖是總布置工程師常用到的，對車輛和人機布置進行分析評價的圖紙。總布置圖中包含車輛的外觀、主要內飾三維投影，假人位置及姿態及對車輛的人機工程分析等。本文詳細說明從點云到車身總布置圖的處理過程，確定各測量項的參照標準，確保處理方法正確，確定需求項的明細并分類，方便后期調用和查閱。

關鍵詞：點云；車身總布置；人機

在汽車前期預研階段，需要確定車輛的標桿競品車，為車輛的開發提供對比。在標桿競品車的分析中，采集車輛點云并分析處理，成為一種高效、精確、直觀的處理辦法。在將點云轉化為總布置圖的過程中，因各人處理思路不同，所需要的工時也不盡相同。因此，避免操作不熟練，整理點云處理思路，確保一次處理完整性，提升一次處理合格率等，可以較大提升處理效率，滿足日益加快的研發效率的需求。

一、使用Imageware處理點云概述

1.點云內容要求

（1）整車外飾

全部整車外飾，左右側圍完全掃描（包含側圍最下沿，為車體鈑金或側圍飾板），其他對稱結構至少掃描一半以上（前、后風擋玻璃黑邊貼紙掃描），至少一個車輪輪輞完全掃描，加油口蓋及周邊鈑金。

（2）整車內飾

儀表臺，副儀表臺，三踏板靜置及壓下狀態，三踏板周邊，方向盤狀態：最上、最下、中間三種狀態，方向盤最上位置時，掃描管柱包殼、方向盤鎖止機構、組合開關各撥動狀態，如果方向管柱長度可調，以上掃描以最短狀態進行，并掃描最上、最長狀態時的方向盤，換擋手柄各檔位狀態，駐車手柄狀態：最上、最下、中間三種狀態，A、B、C柱內護面，前排假人（座椅位于最后最下位置，25°靠背角），如果坐墊可調，增加掃描座椅位于最后最上位置時的假人狀態，后排假人，前排座椅狀態：掃描最前、最后兩個狀態（25°靠背角），如果坐墊可調，掃描最前最上、最前最下、最后最上、最后最下四個狀態（25°靠背角），后排座椅，如果座椅能夠前后滑動，掃描最前、最后兩個狀態，如果有可折疊式后排中央扶手，掃描展開狀態下的后排中央扶手，如果后排中央扶手能夠打開，掃描其開啟狀態及內部置物盒，如果后排座椅靠背可翻，掃描其翻轉狀態，如果后排座椅坐墊可翻，掃描其翻轉狀態，前、后排安全帶固連結構，前、后內飾門板完全掃描，前、后排地毯（前排地毯注意踏板周邊邊界），內后視鏡，內飾頂棚，如果配有天窗，掃描天窗遮陽板關閉、完全開啟兩種狀態，如果駕駛員位置沒有頂扶手，需掃描副駕駛的頂扶手，遮陽板完全開啟、豎直位置、完全收回、側遮陽四個狀態，衣帽架。

（3）載荷狀態

分別掃描空載、一載、二載、設計載荷和滿載條件下的輪胎和地面狀態，要求輪輞周邊輪廓清晰，輪胎上胎面適當掃描。

（4）后備箱內部

對后備箱內部進行掃描，包括整體輪廓、備胎安置空間、隨車工具安置空間。

（5）四門兩蓋及天窗的開啟狀態前、后門的各級開啟狀態，開啟狀態下的發艙蓋內、外板；開啟狀態下的行李箱蓋內、外板，如果配有天窗，掃描天窗的開啟（上翻、后滑）狀態。

（6）關鍵結構掃描前、后門洞邊緣輪廓，尾門洞邊緣輪廓，前、后門完全開啟下的車門鉸鏈結構，發艙蓋完全開啟下的鉸鏈結構，行李箱蓋完全開啟下的鉸鏈結構。

2.點云準備

打開Imageware和點云，點擊菜單欄-View-DefinedViews確認或修改視圖的快捷鍵，然后點擊各視圖，大致確認視圖已調整完成。其中側視圖通過輪眉，門分縫線，以及各載荷地面線詳細確認；前、后視圖通過在側圍等大面積鈑金處截斷面，沿Y-0平面對稱后調整即可。同時要確認左右前輪空載輪心連線中點在坐標原點處。

3.點云處理方法簡述

點云處理是把點云中空間分布的點轉化為不同平面上的線和線，因此使用的工具主要有投影，截面，樣條曲線，建立平面，直線，圓，輸出為igs格式的文件。

（1）投影

投影主要用于整車內外飾輪廓線條繪制，將需要的點云投影至指定的平面，方便后續繪制輪廓線。點擊菜單欄Modify-ShapeControl-CloudPlanarise，確認投影平面，然后選取需要投影的點云。

（2）截面

截面主要確定用于人機相關邊界，移動件尺寸、角度，假人位置確定，是點云分析的重要工具，是人機分析的輸入條件。

（3）樣條曲線

樣條曲線用于繪制部件輪廓，是點云處理的重要工具，在曲線繪制過程中，曲線應緊貼點云邊界，同時應根據車輛的結構進行起止，避免輪廓變形或影響后續分析。點擊菜單欄-Creat-3DCurve-3DBspline，選取捕捉方式進行繪制。如曲線在繪制完成后需要修改，在曲線上點擊右鍵，選擇EditCurve進行編輯。

（4）建立平面

平面在Imageware處理過程中主要用于方向盤點的測量。點擊菜單欄-Creat-Plane-3Point。在平面確定過程中，需要轉動視圖，確認平面是否切于方向盤。

（5）直線、圓

直線通常用于已確定點的連接，中心線的確定，點擊菜單-Creat-

CurvePrimitive-Line。圓主要用于方向盤中心點尋找，輪心的確定。點擊菜單欄-Creat-CurvePrimitive-CircleW/3Points。

（6）輸出igs文件

對于已處理完成的元素，需要點擊菜單-File-SaveAs-Visible-WriteFileAs

-*.igs，以在CATIA里打開編輯。文件名需為英文名。

二、人機相關繪制測量

通過確認人機硬點，車輛駕駛員和乘員的位置和姿態基本確定，即可以開展對乘坐空間和操作空間的測量。

1.假人繪制

駕駛員假人模型的影響因素有SgRP、SWC、AHP、踏板傾角、座椅靠背角。乘員假人模型的影響因素有SgRP、PHP、踏板傾角、座椅靠背角。

2.視野

根據確認的硬點和GB-11562繪制前后上下視野、180°視野、透明區域，根據GB-11555繪制A、B區域。

3.橫向乘坐空間

根據SAEJ1100標準和假人H點繪制肩部空間、肘部空間、臀部空間，其中肩部空間是線與線的切點，肘部空間是點與線的交點，臀部空間是面與面的交點。

4.頭部空間

根據SAEJ1100標準和頭部包絡斷面繪制三向頭部空間。

5.手指觸及區域

根據SAEJ287在UG對應模塊中輸入測量得到靠背角度（A40）、胯關節角（A42）、座椅高度（H30）、SgRP至AHP（L53）、AHP長度坐標（L8）、SgRP寬度（W20）、SgRP高度（H70）、AHP至SWC長度（L11）、AHP至SWC高度（H17）、方向盤直徑（W9）、方向盤角度（A18）。

6.低速碰撞塊

根據ECER42、確認的地面線和整車外輪廓，繪制標準的碰撞塊。需關注不同載荷碰撞塊至不同地面線的距離。

結論

本論文通過對點云處理方法進行闡述，詳細說明了車身總布置需要的人機數據與車輛數據的處理過程。從Imageware入手，逐步提取判斷假人硬點所需要的元素，然后根據硬點建立假人模型，并分析假人與車輛的相互關系。通過對過程的梳理，明確處理步驟，進一步提升工作效率。在本次設計中，優化設計借助了應用軟件Imageware和CATIA。在模型建立、數據處理時提供分析的必要條件也提高了工作效率。

參考文獻：

[1]王望予《汽車設計》[Z].機械工業出版社.

[2]GB11562-2014汽車駕駛員前方視野要求及測量方法.

[3]GB11555-2009汽車風窗玻璃除霜和除霧系統的性能和試驗方法.

[4]SAEJ1052汽車駕駛員及乘員頭部位置.