乘用车储物空间精确测量及逆向方法

侯博瑞 黄超俊

（宝沃汽车有限公司）

乘用车储物空间设计是汽车人机工程中的一个重要组成部分[1]。不同的消费群体所需要的储物空间是不同的[2]，所以前期的标杆分析和储物空间尺寸定义是十分重要的[3]。现有的方法是用过三维扫描仪扫描逆向的方法进行储物空间的还原，这种方法比较适用于大尺寸的储物空间（如后备箱），但对于其他位置的储物空间，无法做到完全的逆向扫描。文章针对储物空间测量方法进行优化。测量前注重汽车和储物空间的编码排序，运用抽象几何体的方法对实车进行测量，逆向建模搭建数据库，展现出汽车完整的储物间，为合理地制定整车储物空间具体尺寸定义提供有效的数据支持。

1 乘用车储物空间分类

乘用车的储物空间从使用角度分为2 类：一类是汽车行驶时，车内乘员无法使用的，如传统汽车的后备箱、新能源汽车的前行李箱；另一类是汽车行驶时，提供给车内乘员使用的储物空间，文章主要研究的就是这类储物空间。

乘用车的储物空间主要按照零部件模块进行划分，如图1 所示[4]。其中有些储物空间是可以进行逆向空间测量的，如手套箱、杯托、扶手箱等，而像卡夹、网兜、挂钩类储物特征，采用其他的测量方法，暂不计算在整体储物空间内。

图1 乘用车储物空间模块划分

2 乘用车储物空间测量

乘用车开发流程中储物空间的定义会受到舱内其他零件布置的限制，所以乘客舱的储物空间一般都是非规则空间。常见的测量方法有2 种：第1 种是简化法，特点是计算简便，能快速得到结果，但是误差大，通常通过测量储物空间的长宽高来计算容积[5]，这样得出的数据远远大于实际数值；第2 种是扫描逆向方法，该方法得出的容积精度高，缺点是扫描点云完整度差，无法完整逆向，绘制周期长且逆向过程复杂。所以文章综合这2 种方法，提出了一种精确测量方法，既保证逆向的精度，又同时缩短测量的时间。

对于行李箱的容积，按照GB/T 19514—2004/ISO 3832：2002《乘用车行李舱标准容积的测量方法》进行测量，这里不做赘述。

2.1 测量尺寸代码定义

保证完全逆向的前提是，制定明确的储物空间测量尺寸代码定义，保证所测储物空间能够通过所测量的尺寸，在CATIA 中构建出三维模型。储物空间可以大致分为立方体和圆柱体2 类。根据汽车整车坐标系，定义测量的第1 级代码为测量方向，分别是X，Y，Z 3 个方向，与整车坐标系对应；若测量一个近似立方体的空间，每个1 级代码就会有4 个子尺寸要测量，即用第2 级代码明确测量面，因为每个面上会有4 个尺寸，一般储物空间主要要考虑的是开口尺寸和底部面积，所以2 级代码分别用O 代表开口平面，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 级代码用阿拉伯数字进行表达，编号从前部开始以顺时针方式编排，具体完整代码，如图2 所示。

图2 乘用车立方体储物空间测量代码示意图

2.2 实车测量方法及现场记录

乘用车储物空间的测量方法有2 种，一种为卷尺、皮尺的测量方法，另一种是“以物量物”的测量方法（如量块），文章采用第1 种方法进行测量。在测量时对目标储物空间可以采用以下3 种方法将其几何化，以方便测量和逆向，如表1 所示。

表1 乘用车不同储物空间的测量方法

测量前的准备如下：

1）在进行实车测量之前，要明确目标车型的型号和储物空间的位置及定义，防止在进行实车测量时产生遗漏项，并提前制定好测量方案，保证在规定时间内完成测量任务；

2）打印出目标车型的储物空间图片及测量清单，标注好测量代码，方便记录查找；

3）在现场需要针对目标车的状态进行适当处理，如在储物空间存放的物品要及时清出，避免对测量造成影响，测量完成后要将存放物品归还到位。

在进行实车测量时，按照驾驶位置、副驾位置、二排位置依次进行，根据测量法结合测量清单逐一测量。实际测量位置，如图3 所示，绿色线范围为顶部及底部测量示意，白色线为高度Z 向尺寸。

图3 乘用车各储物特征尺寸测量位置示意图

3 乘用车储物空间逆向

3.1 CAITA 逆向方法

由于储物空间逆向精度的要求较低，所采用逆向方法不同于复杂的点云逆向，需要处理庞大的点云数据，仅采用CATIA 的创成式设计模块即可完成储物空间的逆向建模。根据所测量的尺寸以及图片上的标注，通过空间线条搭建形面，再形成封闭曲面生成实体，并用测量模块计算容积，逆向结果，如图4 所示。

图4 乘用车各储物特征逆向实体数据

3.2 储物数据库建立

3.2.1 三维数据库搭建

乘用车储物空间数据库的搭建按照车型进行划分，根据划分级别建立数据体系。第1 级按照汽车的类型划分为轿车Sedan、越野车SUV、多用途车MPV这3 类；第2 级按照汽车轴距划分为微型车A00、小型车A0、紧凑型车A、中型车B、中大型车C、大型车D。

将逆向完成的各储物空间整合在一起，建立起该车型的储物空间三维数据库，根据该车布置图，将各储物空间约束到相应的位置，保证每个布置图对应一个整体储物空间三维模型。对于没有布置图的车型，可以参考尺寸近似或对标车型进行约束。最终形成乘用车整车储物空间三维数据库，如图5 所示，方便人机工程师、总布置工程师进行分析。

图5 整车储物空间三维数据库

3.2.2 误差对比

通过对某一型号SUV 的储物空间容积进行测量逆向，并与点云逆向出的数据进行对比，分析本方法的精确度能否达到前期预估，结果如表2 所示。

表2 某SUV 储物空间实车测量逆向结果与实际容积对比 L

从表2 中可以看出，小储物空间的容积误差可以控制在0.01 L 以内；大空间的容积误差可控制在0.1 L以内。

4 结论

文章介绍了一种新的储物空间精确测量及逆向方法，并通过该方法的测量数据建立了储物空间三维数据库，能够客观、快捷地指导汽车开发前期的储物规划及设计。通过与点云逆向出的数据进行对比，结果相差不大，证明了该方法的可行性。运用本方法能在较短时间内对大量目标车型的储物空间进行测量，并得到满意的数据结果，能够针对产品定义快速制定储物方案并满足市场定义，大大缩短了汽车前期的研发周期。