基于人机工程学的汽车点云处理方法

满佳跃

摘要：车身总布置图是总布置工程师常用到的，对车辆和人机布置进行分析评价的图纸。总布置图中包含车辆的外观、主要内饰三维投影，假人位置及姿态及对车辆的人机工程分析等。本文详细说明从点云到车身总布置图的处理过程，确定各测量项的参照标准，确保处理方法正确，确定需求项的明细并分类，方便后期调用和查阅。

关键词：点云；车身总布置；人机

在汽车前期预研阶段，需要确定车辆的标杆竞品车，为车辆的开发提供对比。在标杆竞品车的分析中，采集车辆点云并分析处理，成为一种高效、精确、直观的处理办法。在将点云转化为总布置图的过程中，因各人处理思路不同，所需要的工时也不尽相同。因此，避免操作不熟练，整理点云处理思路，確保一次处理完整性，提升一次处理合格率等，可以较大提升处理效率，满足日益加快的研发效率的需求。

一、使用Imageware处理点云概述

1.点云内容要求

（1）整车外饰

全部整车外饰，左右侧围完全扫描（包含侧围最下沿，为车体钣金或侧围饰板），其他对称结构至少扫描一半以上（前、后风挡玻璃黑边贴纸扫描），至少一个车轮轮辋完全扫描，加油口盖及周边钣金。

（2）整车内饰

仪表台，副仪表台，三踏板静置及压下状态，三踏板周边，方向盘状态：最上、最下、中间三种状态，方向盘最上位置时，扫描管柱包壳、方向盘锁止机构、组合开关各拨动状态，如果方向管柱长度可调，以上扫描以最短状态进行，并扫描最上、最长状态时的方向盘，换挡手柄各档位状态，驻车手柄状态：最上、最下、中间三种状态，A、B、C柱内护面，前排假人（座椅位于最后最下位置，25°靠背角），如果坐垫可调，增加扫描座椅位于最后最上位置时的假人状态，后排假人，前排座椅状态：扫描最前、最后两个状态（25°靠背角），如果坐垫可调，扫描最前最上、最前最下、最后最上、最后最下四个状态（25°靠背角），后排座椅，如果座椅能够前后滑动，扫描最前、最后两个状态，如果有可折叠式后排中央扶手，扫描展开状态下的后排中央扶手，如果后排中央扶手能够打开，扫描其开启状态及内部置物盒，如果后排座椅靠背可翻，扫描其翻转状态，如果后排座椅坐垫可翻，扫描其翻转状态，前、后排安全带固连结构，前、后内饰门板完全扫描，前、后排地毯（前排地毯注意踏板周边边界），内后视镜，内饰顶棚，如果配有天窗，扫描天窗遮阳板关闭、完全开启两种状态，如果驾驶员位置没有顶扶手，需扫描副驾驶的顶扶手，遮阳板完全开启、竖直位置、完全收回、侧遮阳四个状态，衣帽架。

（3）载荷状态

分别扫描空载、一载、二载、设计载荷和满载条件下的轮胎和地面状态，要求轮辋周边轮廓清晰，轮胎上胎面适当扫描。

（4）后备箱内部

对后备箱内部进行扫描，包括整体轮廓、备胎安置空间、随车工具安置空间。

（5）四门两盖及天窗的开启状态前、后门的各级开启状态，开启状态下的发舱盖内、外板；开启状态下的行李箱盖内、外板，如果配有天窗，扫描天窗的开启（上翻、后滑）状态。

（6）关键结构扫描前、后门洞边缘轮廓，尾门洞边缘轮廓，前、后门完全开启下的车门铰链结构，发舱盖完全开启下的铰链结构，行李箱盖完全开启下的铰链结构。

2.点云准备

打开Imageware和点云，点击菜单栏-View-DefinedViews确认或修改视图的快捷键，然后点击各视图，大致确认视图已调整完成。其中侧视图通过轮眉，门分缝线，以及各载荷地面线详细确认；前、后视图通过在侧围等大面积钣金处截断面，沿Y-0平面对称后调整即可。同时要确认左右前轮空载轮心连线中点在坐标原点处。

3.点云处理方法简述

点云处理是把点云中空间分布的点转化为不同平面上的线和线，因此使用的工具主要有投影，截面，样条曲线，建立平面，直线，圆，输出为igs格式的文件。

（1）投影

投影主要用于整车内外饰轮廓线条绘制，将需要的点云投影至指定的平面，方便后续绘制轮廓线。点击菜单栏Modify-ShapeControl-CloudPlanarise，确认投影平面，然后选取需要投影的点云。

（2）截面

截面主要确定用于人机相关边界，移动件尺寸、角度，假人位置确定，是点云分析的重要工具，是人机分析的输入条件。

（3）样条曲线

样条曲线用于绘制部件轮廓，是点云处理的重要工具，在曲线绘制过程中，曲线应紧贴点云边界，同时应根据车辆的结构进行起止，避免轮廓变形或影响后续分析。点击菜单栏-Creat-3DCurve-3DBspline，选取捕捉方式进行绘制。如曲线在绘制完成后需要修改，在曲线上点击右键，选择EditCurve进行编辑。

（4）建立平面

平面在Imageware处理过程中主要用于方向盘点的测量。点击菜单栏-Creat-Plane-3Point。在平面确定过程中，需要转动视图，确认平面是否切于方向盘。

（5）直线、圆

直线通常用于已确定点的连接，中心线的确定，点击菜单-Creat-

CurvePrimitive-Line。圆主要用于方向盘中心点寻找，轮心的确定。点击菜单栏-Creat-CurvePrimitive-CircleW/3Points。

（6）输出igs文件

对于已处理完成的元素，需要点击菜单-File-SaveAs-Visible-WriteFileAs

-*.igs，以在CATIA里打开编辑。文件名需为英文名。

二、人机相关绘制测量

通过确认人机硬点，车辆驾驶员和乘员的位置和姿态基本确定，即可以开展对乘坐空间和操作空间的测量。

1.假人绘制

驾驶员假人模型的影响因素有SgRP、SWC、AHP、踏板倾角、座椅靠背角。乘员假人模型的影响因素有SgRP、PHP、踏板倾角、座椅靠背角。

2.视野

根据确认的硬点和GB-11562绘制前后上下视野、180°视野、透明区域，根据GB-11555绘制A、B区域。

3.横向乘坐空间

根据SAEJ1100标准和假人H点绘制肩部空间、肘部空间、臀部空间，其中肩部空间是线与线的切点，肘部空间是点与线的交点，臀部空间是面与面的交点。

4.头部空间

根据SAEJ1100标准和头部包络断面绘制三向头部空间。

5.手指触及区域

根据SAEJ287在UG对应模块中输入测量得到靠背角度（A40）、胯关节角（A42）、座椅高度（H30）、SgRP至AHP（L53）、AHP长度坐标（L8）、SgRP宽度（W20）、SgRP高度（H70）、AHP至SWC长度（L11）、AHP至SWC高度（H17）、方向盘直径（W9）、方向盘角度（A18）。

6.低速碰撞块

根据ECER42、确认的地面线和整车外轮廓，绘制标准的碰撞块。需关注不同载荷碰撞块至不同地面线的距离。

结论

本论文通过对点云处理方法进行阐述，详细说明了车身总布置需要的人机数据与车辆数据的处理过程。从Imageware入手，逐步提取判断假人硬点所需要的元素，然后根据硬点建立假人模型，并分析假人与车辆的相互关系。通过对过程的梳理，明确处理步骤，进一步提升工作效率。在本次设计中，优化设计借助了应用软件Imageware和CATIA。在模型建立、数据处理时提供分析的必要条件也提高了工作效率。

参考文献：

[1]王望予《汽车设计》[Z].机械工业出版社.

[2]GB11562-2014汽车驾驶员前方视野要求及测量方法.

[3]GB11555-2009汽车风窗玻璃除霜和除雾系统的性能和试验方法.

[4]SAEJ1052汽车驾驶员及乘员头部位置.