基于人機(jī)工程學(xué)的汽車(chē)點(diǎn)云處理方法

滿(mǎn)佳躍

摘要：車(chē)身總布置圖是總布置工程師常用到的，對(duì)車(chē)輛和人機(jī)布置進(jìn)行分析評(píng)價(jià)的圖紙。總布置圖中包含車(chē)輛的外觀、主要內(nèi)飾三維投影，假人位置及姿態(tài)及對(duì)車(chē)輛的人機(jī)工程分析等。本文詳細(xì)說(shuō)明從點(diǎn)云到車(chē)身總布置圖的處理過(guò)程，確定各測(cè)量項(xiàng)的參照標(biāo)準(zhǔn)，確保處理方法正確，確定需求項(xiàng)的明細(xì)并分類(lèi)，方便后期調(diào)用和查閱。

關(guān)鍵詞：點(diǎn)云；車(chē)身總布置；人機(jī)

在汽車(chē)前期預(yù)研階段，需要確定車(chē)輛的標(biāo)桿競(jìng)品車(chē)，為車(chē)輛的開(kāi)發(fā)提供對(duì)比。在標(biāo)桿競(jìng)品車(chē)的分析中，采集車(chē)輛點(diǎn)云并分析處理，成為一種高效、精確、直觀的處理辦法。在將點(diǎn)云轉(zhuǎn)化為總布置圖的過(guò)程中，因各人處理思路不同，所需要的工時(shí)也不盡相同。因此，避免操作不熟練，整理點(diǎn)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(mǎn)足日益加快的研發(fā)效率的需求。

一、使用Imageware處理點(diǎn)云概述

1.點(diǎn)云內(nèi)容要求

（1）整車(chē)外飾

全部整車(chē)外飾，左右側(cè)圍完全掃描（包含側(cè)圍最下沿，為車(chē)體鈑金或側(cè)圍飾板），其他對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)至少掃描一半以上（前、后風(fēng)擋玻璃黑邊貼紙掃描），至少一個(gè)車(chē)輪輪輞完全掃描，加油口蓋及周邊鈑金。

（2）整車(chē)內(nèi)飾

儀表臺(tái)，副儀表臺(tái)，三踏板靜置及壓下?tīng)顟B(tài)，三踏板周邊，方向盤(pán)狀態(tài)：最上、最下、中間三種狀態(tài)，方向盤(pán)最上位置時(shí)，掃描管柱包殼、方向盤(pán)鎖止機(jī)構(gòu)、組合開(kāi)關(guān)各撥動(dòng)狀態(tài)，如果方向管柱長(zhǎng)度可調(diào)，以上掃描以最短狀態(tài)進(jìn)行，并掃描最上、最長(zhǎng)狀態(tài)時(shí)的方向盤(pán)，換擋手柄各檔位狀態(tài)，駐車(chē)手柄狀態(tài)：最上、最下、中間三種狀態(tài)，A、B、C柱內(nèi)護(hù)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(diào)，增加掃描座椅位于最后最上位置時(shí)的假人狀態(tài)，后排假人，前排座椅狀態(tài)：掃描最前、最后兩個(gè)狀態(tài)（25°靠背角），如果坐墊可調(diào)，掃描最前最上、最前最下、最后最上、最后最下四個(gè)狀態(tài)（25°靠背角），后排座椅，如果座椅能夠前后滑動(dòng)，掃描最前、最后兩個(gè)狀態(tài)，如果有可折疊式后排中央扶手，掃描展開(kāi)狀態(tài)下的后排中央扶手，如果后排中央扶手能夠打開(kāi)，掃描其開(kāi)啟狀態(tài)及內(nèi)部置物盒，如果后排座椅靠背可翻，掃描其翻轉(zhuǎn)狀態(tài)，如果后排座椅坐墊可翻，掃描其翻轉(zhuǎn)狀態(tài)，前、后排安全帶固連結(jié)構(gòu)，前、后內(nèi)飾門(mén)板完全掃描，前、后排地毯（前排地毯注意踏板周邊邊界），內(nèi)后視鏡，內(nèi)飾頂棚，如果配有天窗，掃描天窗遮陽(yáng)板關(guān)閉、完全開(kāi)啟兩種狀態(tài)，如果駕駛員位置沒(méi)有頂扶手，需掃描副駕駛的頂扶手，遮陽(yáng)板完全開(kāi)啟、豎直位置、完全收回、側(cè)遮陽(yáng)四個(gè)狀態(tài)，衣帽架。

（3）載荷狀態(tài)

分別掃描空載、一載、二載、設(shè)計(jì)載荷和滿(mǎn)載條件下的輪胎和地面狀態(tài)，要求輪輞周邊輪廓清晰，輪胎上胎面適當(dāng)掃描。

（4）后備箱內(nèi)部

對(duì)后備箱內(nèi)部進(jìn)行掃描，包括整體輪廓、備胎安置空間、隨車(chē)工具安置空間。

（5）四門(mén)兩蓋及天窗的開(kāi)啟狀態(tài)前、后門(mén)的各級(jí)開(kāi)啟狀態(tài)，開(kāi)啟狀態(tài)下的發(fā)艙蓋內(nèi)、外板；開(kāi)啟狀態(tài)下的行李箱蓋內(nèi)、外板，如果配有天窗，掃描天窗的開(kāi)啟（上翻、后滑）狀態(tài)。

（6）關(guān)鍵結(jié)構(gòu)掃描前、后門(mén)洞邊緣輪廓，尾門(mén)洞邊緣輪廓，前、后門(mén)完全開(kāi)啟下的車(chē)門(mén)鉸鏈結(jié)構(gòu)，發(fā)艙蓋完全開(kāi)啟下的鉸鏈結(jié)構(gòu)，行李箱蓋完全開(kāi)啟下的鉸鏈結(jié)構(gòu)。

2.點(diǎn)云準(zhǔn)備

打開(kāi)Imageware和點(diǎn)云，點(diǎn)擊菜單欄-View-DefinedViews確認(rèn)或修改視圖的快捷鍵，然后點(diǎn)擊各視圖，大致確認(rèn)視圖已調(diào)整完成。其中側(cè)視圖通過(guò)輪眉，門(mén)分縫線，以及各載荷地面線詳細(xì)確認(rèn)；前、后視圖通過(guò)在側(cè)圍等大面積鈑金處截?cái)嗝?，沿Y-0平面對(duì)稱(chēng)后調(diào)整即可。同時(shí)要確認(rèn)左右前輪空載輪心連線中點(diǎn)在坐標(biāo)原點(diǎn)處。

3.點(diǎn)云處理方法簡(jiǎn)述

點(diǎn)云處理是把點(diǎn)云中空間分布的點(diǎn)轉(zhuǎn)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(chē)內(nèi)外飾輪廓線條繪制，將需要的點(diǎn)云投影至指定的平面，方便后續(xù)繪制輪廓線。點(diǎn)擊菜單欄Modify-ShapeControl-CloudPlanarise，確認(rèn)投影平面，然后選取需要投影的點(diǎn)云。

（2）截面

截面主要確定用于人機(jī)相關(guān)邊界，移動(dòng)件尺寸、角度，假人位置確定，是點(diǎn)云分析的重要工具，是人機(jī)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(diǎn)云處理的重要工具，在曲線繪制過(guò)程中，曲線應(yīng)緊貼點(diǎn)云邊界，同時(shí)應(yīng)根據(jù)車(chē)輛的結(jié)構(gòu)進(jìn)行起止，避免輪廓變形或影響后續(xù)分析。點(diǎn)擊菜單欄-Creat-3DCurve-3DBspline，選取捕捉方式進(jìn)行繪制。如曲線在繪制完成后需要修改，在曲線上點(diǎn)擊右鍵，選擇EditCurve進(jìn)行編輯。

（4）建立平面

平面在Imageware處理過(guò)程中主要用于方向盤(pán)點(diǎn)的測(cè)量。點(diǎn)擊菜單欄-Creat-Plane-3Point。在平面確定過(guò)程中，需要轉(zhuǎn)動(dòng)視圖，確認(rèn)平面是否切于方向盤(pán)。

（5）直線、圓

直線通常用于已確定點(diǎn)的連接，中心線的確定，點(diǎn)擊菜單-Creat-

CurvePrimitive-Line。圓主要用于方向盤(pán)中心點(diǎn)尋找，輪心的確定。點(diǎn)擊菜單欄-Creat-CurvePrimitive-CircleW/3Points。

（6）輸出igs文件

對(duì)于已處理完成的元素，需要點(diǎn)擊菜單-File-SaveAs-Visible-WriteFileAs

-*.igs，以在CATIA里打開(kāi)編輯。文件名需為英文名。

二、人機(jī)相關(guān)繪制測(cè)量

通過(guò)確認(rèn)人機(jī)硬點(diǎn)，車(chē)輛駕駛員和乘員的位置和姿態(tài)基本確定，即可以開(kāi)展對(duì)乘坐空間和操作空間的測(cè)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(jù)確認(rèn)的硬點(diǎn)和GB-11562繪制前后上下視野、180°視野、透明區(qū)域，根據(jù)GB-11555繪制A、B區(qū)域。

3.橫向乘坐空間

根據(jù)SAEJ1100標(biāo)準(zhǔn)和假人H點(diǎn)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(diǎn)，肘部空間是點(diǎn)與線的交點(diǎn)，臀部空間是面與面的交點(diǎn)。

4.頭部空間

根據(jù)SAEJ1100標(biāo)準(zhǔn)和頭部包絡(luò)斷面繪制三向頭部空間。

5.手指觸及區(qū)域

根據(jù)SAEJ287在UG對(duì)應(yīng)模塊中輸入測(cè)量得到靠背角度（A40）、胯關(guān)節(jié)角（A42）、座椅高度（H30）、SgRP至AHP（L53）、AHP長(zhǎng)度坐標(biāo)（L8）、SgRP寬度（W20）、SgRP高度（H70）、AHP至SWC長(zhǎng)度（L11）、AHP至SWC高度（H17）、方向盤(pán)直徑（W9）、方向盤(pán)角度（A18）。

6.低速碰撞塊

根據(jù)ECER42、確認(rèn)的地面線和整車(chē)外輪廓，繪制標(biāo)準(zhǔn)的碰撞塊。需關(guān)注不同載荷碰撞塊至不同地面線的距離。

結(jié)論

本論文通過(guò)對(duì)點(diǎn)云處理方法進(jìn)行闡述，詳細(xì)說(shuō)明了車(chē)身總布置需要的人機(jī)數(shù)據(jù)與車(chē)輛數(shù)據(jù)的處理過(guò)程。從Imageware入手，逐步提取判斷假人硬點(diǎn)所需要的元素，然后根據(jù)硬點(diǎn)建立假人模型，并分析假人與車(chē)輛的相互關(guān)系。通過(guò)對(duì)過(guò)程的梳理，明確處理步驟，進(jìn)一步提升工作效率。在本次設(shè)計(jì)中，優(yōu)化設(shè)計(jì)借助了應(yīng)用軟件Imageware和CATIA。在模型建立、數(shù)據(jù)處理時(shí)提供分析的必要條件也提高了工作效率。

參考文獻(xiàn)：

[1]王望予《汽車(chē)設(shè)計(jì)》[Z].機(jī)械工業(yè)出版社.

[2]GB11562-2014汽車(chē)駕駛員前方視野要求及測(cè)量方法.

[3]GB11555-2009汽車(chē)風(fēng)窗玻璃除霜和除霧系統(tǒng)的性能和試驗(yàn)方法.

[4]SAEJ1052汽車(chē)駕駛員及乘員頭部位置.