乘用車儲物空間精確測量及逆向方法

侯博瑞 黃超俊

（寶沃汽車有限公司）

乘用車儲物空間設計是汽車人機工程中的一個重要組成部分[1]。不同的消費群體所需要的儲物空間是不同的[2]，所以前期的標桿分析和儲物空間尺寸定義是十分重要的[3]。現有的方法是用過三維掃描儀掃描逆向的方法進行儲物空間的還原，這種方法比較適用于大尺寸的儲物空間（如后備箱），但對于其他位置的儲物空間，無法做到完全的逆向掃描。文章針對儲物空間測量方法進行優化。測量前注重汽車和儲物空間的編碼排序，運用抽象幾何體的方法對實車進行測量，逆向建模搭建數據庫，展現出汽車完整的儲物間，為合理地制定整車儲物空間具體尺寸定義提供有效的數據支持。

1 乘用車儲物空間分類

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

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

圖1 乘用車儲物空間模塊劃分

2 乘用車儲物空間測量

乘用車開發流程中儲物空間的定義會受到艙內其他零件布置的限制，所以乘客艙的儲物空間一般都是非規則空間。常見的測量方法有2 種：第1 種是簡化法，特點是計算簡便，能快速得到結果，但是誤差大，通常通過測量儲物空間的長寬高來計算容積[5]，這樣得出的數據遠遠大于實際數值；第2 種是掃描逆向方法，該方法得出的容積精度高，缺點是掃描點云完整度差，無法完整逆向，繪制周期長且逆向過程復雜。所以文章綜合這2 種方法，提出了一種精確測量方法，既保證逆向的精度，又同時縮短測量的時間。

對于行李箱的容積，按照GB/T 19514—2004/ISO 3832：2002《乘用車行李艙標準容積的測量方法》進行測量，這里不做贅述。

2.1 測量尺寸代碼定義

保證完全逆向的前提是，制定明確的儲物空間測量尺寸代碼定義，保證所測儲物空間能夠通過所測量的尺寸，在CATIA 中構建出三維模型。儲物空間可以大致分為立方體和圓柱體2 類。根據汽車整車坐標系，定義測量的第1 級代碼為測量方向，分別是X，Y，Z 3 個方向，與整車坐標系對應；若測量一個近似立方體的空間，每個1 級代碼就會有4 個子尺寸要測量，即用第2 級代碼明確測量面，因為每個面上會有4 個尺寸，一般儲物空間主要要考慮的是開口尺寸和底部面積，所以2 級代碼分別用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 級代碼用阿拉伯數字進行表達，編號從前部開始以順時針方式編排，具體完整代碼，如圖2 所示。

圖2 乘用車立方體儲物空間測量代碼示意圖

2.2 實車測量方法及現場記錄

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

表1 乘用車不同儲物空間的測量方法

測量前的準備如下：

1）在進行實車測量之前，要明確目標車型的型號和儲物空間的位置及定義，防止在進行實車測量時產生遺漏項，并提前制定好測量方案，保證在規定時間內完成測量任務；

2）打印出目標車型的儲物空間圖片及測量清單，標注好測量代碼，方便記錄查找；

3）在現場需要針對目標車的狀態進行適當處理，如在儲物空間存放的物品要及時清出，避免對測量造成影響，測量完成后要將存放物品歸還到位。

在進行實車測量時，按照駕駛位置、副駕位置、二排位置依次進行，根據測量法結合測量清單逐一測量。實際測量位置，如圖3 所示，綠色線范圍為頂部及底部測量示意，白色線為高度Z 向尺寸。

圖3 乘用車各儲物特征尺寸測量位置示意圖

3 乘用車儲物空間逆向

3.1 CAITA 逆向方法

由于儲物空間逆向精度的要求較低，所采用逆向方法不同于復雜的點云逆向，需要處理龐大的點云數據，僅采用CATIA 的創成式設計模塊即可完成儲物空間的逆向建模。根據所測量的尺寸以及圖片上的標注，通過空間線條搭建形面，再形成封閉曲面生成實體，并用測量模塊計算容積，逆向結果，如圖4 所示。

圖4 乘用車各儲物特征逆向實體數據

3.2 儲物數據庫建立

3.2.1 三維數據庫搭建

乘用車儲物空間數據庫的搭建按照車型進行劃分，根據劃分級別建立數據體系。第1 級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。

將逆向完成的各儲物空間整合在一起，建立起該車型的儲物空間三維數據庫，根據該車布置圖，將各儲物空間約束到相應的位置，保證每個布置圖對應一個整體儲物空間三維模型。對于沒有布置圖的車型，可以參考尺寸近似或對標車型進行約束。最終形成乘用車整車儲物空間三維數據庫，如圖5 所示，方便人機工程師、總布置工程師進行分析。

圖5 整車儲物空間三維數據庫

3.2.2 誤差對比

通過對某一型號SUV 的儲物空間容積進行測量逆向，并與點云逆向出的數據進行對比，分析本方法的精確度能否達到前期預估，結果如表2 所示。

表2 某SUV 儲物空間實車測量逆向結果與實際容積對比 L

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

4 結論

文章介紹了一種新的儲物空間精確測量及逆向方法，并通過該方法的測量數據建立了儲物空間三維數據庫，能夠客觀、快捷地指導汽車開發前期的儲物規劃及設計。通過與點云逆向出的數據進行對比，結果相差不大，證明了該方法的可行性。運用本方法能在較短時間內對大量目標車型的儲物空間進行測量，并得到滿意的數據結果，能夠針對產品定義快速制定儲物方案并滿足市場定義，大大縮短了汽車前期的研發周期。