CN111735385A - 一种竞品车逆向工程中座椅基准点的确定方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种竞品车逆向工程中座椅基准点的确定方法，包括以下步骤：S1、利用摄影测量系统对待测车辆外表面进行全局定位摄影测量；S2、将步骤S1得到的三维空间坐标数据输入到三维扫描测量仪系统，利用光学拍照定位技术和光栅测量原理进行外表面三维点云数据采集，得到待测车辆整车外表面点云数据；S3、利用三维结构设计软件对整车外表面点云数据进行处理分析，通过坐标转换，限制六向自由度进而确定整车基准坐标系；S4、采集待测车辆内部点云数据，并对点云数据进行处理，借助计算机辅助处理分析，得到座椅基准点。本发明所述的竞品车逆向工程中座椅基准点的确定方法为竞品车逆向工程中座椅基准点的确定提供了一种规范及标准的工作流程。

Description

一种竞品车逆向工程中座椅基准点的确定方法

技术领域

本发明属于汽车工业技术领域，尤其是涉及一种竞品车逆向工程中座椅基准点的确定方法。

背景技术

汽车底盘和动力性、NVH性能等都需要通过动态和特定的工况才能识别出来，而人机工程涉及人体相关，普遍认为只需要静态感知，非常易于辨识。但随着人们对汽车的广泛使用，需要高要求的乘坐舒适性、操纵性等，汽车设计中人机工程的好坏关系一辆车的产销量，决定了一辆车是否开发成功。因此，要求汽车人机工程的基础一定要做好，即竞品车的座椅基准点(R点)一定要准确。

目前国内各大主机厂在竞品车人机工程中确定座椅基准点的过程中，主要面临的问题是数据处理分析方法的多样化，很多是根据设计人员各自的经验方法进行分析。然而设计工程师个人主观经验较强，缺乏数据采集、处理分析的规范化和一致性，使分析结果产生一定的偏差，导致R点的确定产生偏差，从而一定程度上会影响后期的正向开发。综上所述，目前急需开展规范化对标车型逆向工程中R点的确定方法，为竞品车的对标设计提供更精确的、一致性的参考。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种竞品车逆向工程中座椅基准点的确定方法，以解决目前竞品车逆向工程中座椅基准点的确定方法缺少规范化、一致性的问题，通过借助三维光学扫描测量系统对竞品车的三维点云数据进行标准化采集，以及后期规范化的计算机处理分析，得到竞品车R点，最终为企业的正向对标设计提供更精确、一致性的参考。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种竞品车逆向工程中座椅基准点的确定方法，包括以下步骤：

S1、利用摄影测量系统对待测车辆外表面进行全局定位摄影测量，用以得到待测车辆整车外表面三维空间坐标数据；

S2、将步骤S1得到的三维空间坐标数据输入到三维扫描测量仪系统，利用光学拍照定位技术和光栅测量原理进行外表面三维点云数据采集，得到待测车辆整车外表面点云数据；

S3、利用三维结构设计软件对整车外表面点云数据进行处理分析，通过坐标转换，限制六向自由度进而确定整车基准坐标系；

S4、采集待测车辆内部点云数据，并对点云数据进行处理，借助计算机辅助处理分析，得到座椅基准点。

进一步的，所述步骤S1中摄影测量系统为整车Tritop全局摄影测量系统。

进一步的，所述步骤S1的具体执行方法如下：

首先对整车风窗玻璃黑边粘贴美纹纸，随后进行显影剂喷涂，覆盖整车可透光及高反光部件，粘贴参考点，均匀分布编码点、摆好比例尺一、比例尺二；利用摄影测量系统的特定照相机采用四幅拍照法完成比例尺一的采集，然后遵循上中下顺序连续的对整车外表面进行拍照；在拍照过程中，每幅照片至少要出现5个编码参考点,且连续两张照片中有不少于3个共同的编码参考点，然后将所有拍摄照片导入系统软件中,通过系统软件计算自动将所有参考点位置准确定位，形成整车外表面三维空间点集，输出.refx格式。

进一步的，所述步骤S2中，三维扫描测量仪系统包括光栅投影单元、图像采集卡、工作站计算机、以及两个分别设置在待测车辆两侧的并与工作站计算机连接的CCD相机；

三维扫描测量仪系统的执行方法如下：

在扫描时光栅投影单元投影多幅特定编码的结构光到待测车辆上，成一定夹角的两个CCD相机同步采集相应的图像，然后对图像进行解码和相位计算，并利用匹配技术、三角形测量原理，计算出两个CCD相机公共视区内像素点的空间三维坐标值，由于各参考点三维坐标数据已经确定，扫描测量仪就根据这些参考点，为所扫描到的点云数据进行定位。

进一步的，所述步骤S4中，利用三维扫描测量仪系统测量车辆内部点云数据，包括玻璃黑边、假人姿态、内饰的三维点云数据。

进一步的，所述步骤S4中对待测车辆内部进行点云数据采集的方法如下：

S401、假人摆放到座椅前，利用千斤顶和激光水平仪对车辆底盘调整到水平状态；将主驾座椅调至最后最下位置，将三维H点装置的座板置于座椅上，往后推至最后位置，左右移动调整直至气泡水平仪的气泡居中，加载三维H点装置时应松开躯干铰接机构，从H点向外和向上加载配重块，防止三维H点装置倾倒、脱离座椅，在每一轮配重块加载之前，应在相应的载荷施加点上通过推拉力计用100N的力冲压两次，用以使三维H点装置在加载过程中与座椅完全紧密接触，在加载过程中要检查三维H点装置是否水平；

S402、在踏板不被压下的前提下，根据标准依次摆放三维H点装置的腿部和鞋具，将水平激光线打在三维H点装置坐垫轴即H点铰接轴的一端，将钢板尺竖直置于三维H点装置鞋具脚后跟旁边的地毯上，若水平激光线在钢板尺上面的读数小于等于290mm，则调整座椅靠背角为25°；否则，靠背角为23°；

S403、假人姿态点云数据采集完成后，将主驾座椅调整为最后最下状态，并保持座椅靠背角不变，通过摄影测量系统和三维扫描测量仪系统来采集内饰点云数据。

进一步的，对获取的待测车辆内部的点云数据还需要进行处理，包括去噪、空洞修补、光顺、过滤几个处理过程。

进一步的，所述步骤S4中，采集完点云数据后，确定座椅基准点的方法如下：

调入座椅假人多状态点云数据，分析得出各假人状态H点位置，均投影到三维H点装置躯干线所在平面上，通过各H点之间连接，以此获得座椅运动轨迹曲线，参考座椅最后最下状态假人摆放点云，初步确定人体模型摆放，根据初步确定的人体模型中的踏点、踵点、H点三维空间坐标，从而输出座椅适宜线，取95％座椅适宜线与座椅运动轨迹线初定座椅基准点，根据初定座椅基准点及确定座椅靠背角，得出V1、V2点，通过V1点水平向前偏左17°、V1点向前沿铅垂面偏上7°、V2点向前沿铅垂面偏下5°的直线分别与风窗玻璃黑边点云相交，得出风窗玻璃基准点a，b，c，要求风窗玻璃透明区包含风窗玻璃基准点a，b，c，根据该要求对座椅基准点进行移动，以满足该标准，此时得到确定的座椅基准点，通过该R点，来分析校核竞品车假人工程参数。

相对于现有技术，本发明所述的竞品车逆向工程中座椅基准点的确定方法具有以下优势：

(1)本发明所述的竞品车逆向工程中座椅基准点的确定方法解决了目前竞品车逆向工程中座椅基准点的确定方法缺少规范化、一致性，以及数据无法横向对标等问题，从最初的车辆及设备状况、数据采集处理分析的清单和规范、计算机辅助处理分析规范流程等各方面进行确定，提出一整套试验数据采集、处理分析的方法，为竞品车逆向工程中座椅基准点的确定提供了一种规范及标准的工作流程。

(2)本发明所述的竞品车逆向工程中座椅基准点的确定方法通过该方法可保证竞品车数据采集、处理分析的规范化、一致性，从而保证分析输出参数的基准一致，完善对标车型之间总布置数据的横向对比性，为企业逆向对标、正向设计提供技术支持。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例所述的竞品车逆向工程中座椅基准点的确定方法流程图；

图2本发明竞品车逆向工程中基础三维点云数据采集示意图；

图3为本发明竞品车逆向工程中计算机辅助处理分析示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

一种竞品车逆向工程中座椅基准点的确定方法，包括以下步骤(如图1所示)：

(1)数据采集仪器设备以及车辆清洗准备；

(2)采用Tritop数字式摄影测量系统对外表面进行全局定位摄影测量，得到整车外表面三维空间坐标数据，同时对三维光学扫描仪进行精度校准；

(3)将参考点的三维空间点集，输出到扫描仪，通过光学拍照定位技术和光栅测量原理进行外表面三维点云数据采集，得到整车外表面点云数据；

(4)通过三维结构设计软件进行坐标转换，确定整车基准坐标系。随后采集整车内饰、玻璃黑边、座椅假人状态等点云数据；

(5)对采集的三维数据进行预处理，主要包含点云的去噪空洞修补、光顺和过滤等处理；

(6)借助计算机辅助处理分析，结合SAE J1100-2009《(R)Motor VehicleDimensions》标准进行校核，得出座椅基准点，通过该点对总布置进行各方面校核，得出竞品车总布置各项参数。

三维点云数据采集主要是借助三维光学扫描测量系统开展，该系统主要由整车Tritop数字式摄影测量系统和三维扫描测量仪系统两部分构成。

首先，Tritop数字式摄影测量系统是一种高性能的数字式摄影测绘测量、检验测试物体准确的空间坐标值及尺寸的测量系统。其主要功用是为避免后期扫描仪在扫描过程中点云拼合误差的迭代积累，提供测量物体的空间三维坐标值。在待测物体表面放置好编码点、参考点、比例尺等，通过特定设置的高分辨率数码相机对待测物体表面进行多角度全覆盖的拍摄，在拍摄过程中要保证连续两张照片中有不少于3个共同的编码点，且放置好编码点、参考点、比例尺等不发生位置移动。将所有拍摄的照片导入设备软件，通过软件计算能够自动、准确的测量和记录标记点(参考点、编码点等)空间相对坐标值，从而得到了在同一参考坐标系下被测物体表面参考点的空间坐标。

其次，三维扫描测量仪系统由左右两个高分辨率的工业级CCD相机、光栅投影单元、图像采集卡、工作站计算机等组成。在扫描时光栅投影装置投影多幅特定编码的结构光到待测物体上，成一定夹角的两个CCD相机同步采集相应的图像，然后对图像进行解码和相位计算，并利用匹配技术、三角形测量原理，计算出两个CCD相机公共视区内像素点的空间三维坐标值。由于各参考点空间位置已定，扫描测量仪就可以根据这些参考点，为所扫描到的点云进行定位，实现前后两次扫描点云的自动拼接，同时可随意移动扫描测量仪到被测物体的任何带有之前已定位参考点的位置做高速扫描，从而避免被扫描物体点云数据拼接偏差问题，减少了冗余、重复数据，保证整体测量精度更高。

计算机辅助数据处理分析主要是依据已采集的三维点云数据，同时参照相关标准，借助三维软件的计算处理对整车坐标系进行确定，保证数据基准一致。在已确定的坐标系下，通过软件计算处理得出座椅轨迹线，参考座椅最后最下点云状态，初步确定人体模型位置，根据初定人体模型状态，得出踏点、踵点、H点三维空间坐标，从而输出座椅适宜线(2.5％、5％、10％、50％、90％、95％、97.5％共计7条座椅适宜曲线)，取95％座椅适宜线与座椅运动轨迹线初步确定座椅基准点，最终通过风窗视野校核来最终确定座椅基准点的坐标。

如图2所示，首先通过整车Tritop全局摄影测量系统，利用特定照相机、标定比例尺来获取布置在整车上的参考点(包括有编码和没有编码的参考点)的三维空间坐标值，最后通过蓝光扫描仪采集整车外表面、玻璃黑边、假人姿态、内饰的三维点云数据。

(1)首先对整车风窗玻璃黑边粘贴美纹纸，随后进行显影剂喷涂，覆盖整车可透光及高反光部件，粘贴参考点，均匀分布编码点(十字叉编码点)、摆好比例尺一、比例尺二，其中比例尺的作用是以自身已标定尺寸规格，结合参考点、编码点，通过特定照相机拍照来计算被测物体的实际大小及进行空间定位。利用特定照相机通过四幅拍照法(上下左右)完成比例尺一的采集，然后遵循上中下连续的对整车外表面进行拍照。在拍照过程中，每幅照片至少要出现5个编码参考点,且连续两张照片中有不少于3个共同的编码参考点，然后将所有拍摄照片导入软件中,通过软件计算自动将所有参考点位置准确定位，形成整车外表面三维空间点集，输出.refx格式；

(2)蓝光扫描仪通过18步校准法来校验设备的扫描精度，随后将获取的.refx格式的点集导入扫描仪软件中，在其基础上系统能精确的自动将单幅扫描拼接到统一坐标系中。在扫描之前将粘贴在玻璃黑边的美纹纸揭下，最终完成整车外表面、玻璃黑边点云数据采集，输出.stl格式；

(3)假人摆放前，将4个千斤顶置于车辆底盘的下边梁处，将车辆顶起，利用激光水平仪保证车辆底盘处于水平状态。将主驾座椅调至最后最下位置(座垫最下)，将三维H点装置(HPM-Ⅱ，即H点测量假人，主要用于确定并定位标准座椅参考数据，以及腿部、脚部、踏板位置参考点)的座板至于座椅上，往后推至最后位置，左右移动调整直至气泡水平仪的气泡居中。加载HPM-Ⅱ时应松开躯干铰接机构，从H点向外和向上加载配重块，防止HPM-Ⅱ倾倒、脱离座椅。在每一轮配重块加载之前，应在相应的载荷施加点上通过推拉力计用100N的力冲压两次，这个过程可使HPM-Ⅱ在加载过程中与座椅完全紧密接触，在加载过程中要检查HPM-Ⅱ是否水平，加载重块的次序如下表：

在踏板不被压下的前提下，根据标准依次摆放HPM-Ⅱ的腿部和鞋具。将水平激光线打在H点装置坐垫轴(H点铰接轴)的一端，将钢板尺竖直置于H点装置鞋具脚后跟(踵点)旁边的地毯上，若水平激光线在钢板尺上面的读数(H30)，小于等于290mm，则调整座椅靠背角为25°；否则，靠背角为23°。

座椅扫描状态如下表：

主驾座椅	8状态-座垫不可调	12状态-座垫可调
			1	座椅最后最下	座椅最后最下-座垫最下
2	座椅最后1/3上	座椅最后最下-座垫中间
			3	座椅最后2/3上	座椅最后最下-座垫最上
4	座椅最后最上	座椅最后1/3上-座垫最上
			5	座椅最前最上	座椅最后2/3上-座垫最上
6	座椅最前2/3上	座椅最后最上-座垫最上
			7	座椅最前1/3上	座椅最前最上-座垫最上
8	座椅最前最下	座椅最前最上-座垫中间
			9	----	座椅最前最上-座垫最下
10	----	座椅最前2/3上-座垫最下
			11	----	座椅最前1/3上-座垫最下
12	----	座椅最前最下-座垫最下

假人数据采集完成后，将主驾座椅调整为最后最下状态，并保持座椅靠背角不变，通过Tritop摄影测量和蓝光扫描仪来采集内饰点云数据。对点云数据处理分析(去噪、空洞修补、光顺、过滤等)。至此，所有涉及确定座椅基准点的基础三维点云数据采集完成。

如图3，将采集的点云数据，通过计算机三维软件对外表面点云进行处理分析，通过坐标转换，限制六向自由度来确定整车基准坐标系(以汽车纵向对称平面为Y基准平面，通过前轮中心且垂直于Y平面作为X基准平面，通过前轮中心且垂直于X和Y基准平面的水平面为Z基准平面)。

如图3，调入座椅假人多状态点云，分析得出各假人状态H点位置，均投影到三维H点装置躯干线所在平面上，通过各H点之间连接，以此获得座椅运动轨迹曲线(H点行程)，参考座椅最后最下状态假人摆放点云，初步确定人体模型摆放。根据初步确定的人体模型中的踏点、踵点、H点三维空间坐标，从而输出座椅适宜线，取95％座椅适宜线与座椅运动轨迹线初定座椅基准点，根据初定座椅基准点及确定座椅靠背角，得出V1、V2点，通过V1点水平向前偏左17°、V1点向前沿铅垂面偏上7°、V2点向前沿铅垂面偏下5°的直线分别与风窗玻璃黑边点云相交，得出风窗玻璃基准点a，b，c，要求风窗玻璃透明区包含风窗玻璃基准点a，b，c，根据该要求对座椅基准点进行移动，以满足该标准。此时得到确定的座椅基准点(R点)，通过该R点，来分析校核竞品车人机工程参数。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种竞品车逆向工程中座椅基准点的确定方法，其特征在于,包括以下步骤：

S1、利用摄影测量系统对待测车辆外表面进行全局定位摄影测量，用以得到待测车辆整车外表面三维空间坐标数据；

S2、将步骤S1得到的三维空间坐标数据输入到三维扫描测量仪系统，利用光学拍照定位技术和光栅测量原理进行外表面三维点云数据采集，得到待测车辆整车外表面点云数据；

S3、利用三维结构设计软件对整车外表面点云数据进行处理分析，通过坐标转换，限制六向自由度进而确定整车基准坐标系；

S4、采集待测车辆内部点云数据，并对点云数据进行处理，借助计算机辅助处理分析，得到座椅基准点。

2.根据权利要求1所述的竞品车逆向工程中座椅基准点的确定方法，其特征在于：所述步骤S1中摄影测量系统为整车Tritop全局摄影测量系统。

3.根据权利要求1所述的竞品车逆向工程中座椅基准点的确定方法，其特征在于，所述步骤S1的具体执行方法如下：

首先对整车风窗玻璃黑边粘贴美纹纸，随后进行显影剂喷涂，覆盖整车可透光及高反光部件，粘贴参考点，均匀分布编码点、摆好比例尺一、比例尺二；利用摄影测量系统的特定照相机采用四幅拍照法完成比例尺一的采集，然后遵循上中下顺序连续的对整车外表面进行拍照；在拍照过程中，每幅照片至少要出现5个编码、参考点,且连续两张照片中有不少于3个共同的编码参考点，然后将所有拍摄照片导入系统软件中,通过系统软件计算自动将所有参考点位置准确定位，形成整车外表面三维空间点集，输出.refx格式。

4.根据权利要求1所述的竞品车逆向工程中座椅基准点的确定方法，其特征在于：所述步骤S2中，三维扫描测量仪系统包括光栅投影单元、图像采集卡、工作站计算机、以及两个分别设置在待测车辆两侧的并与工作站计算机连接的CCD相机；

三维扫描测量仪系统的执行方法如下：

在扫描时光栅投影单元投影多幅特定编码的结构光到待测车辆上，成一定夹角的两个CCD相机同步采集相应的图像，然后对图像进行解码和相位计算，并利用匹配技术、三角形测量原理，计算出两个CCD相机公共视区内像素点的空间三维坐标值，由于各参考点三维坐标数据已经确定，扫描测量仪就根据这些参考点，为所扫描到的点云数据进行定位。

5.根据权利要求4所述的竞品车逆向工程中座椅基准点的确定方法，其特征在于：所述步骤S4中，利用三维扫描测量仪系统测量车辆内部点云数据，包括玻璃黑边、假人姿态、内饰的三维点云数据。

6.根据权利要求4所述的竞品车逆向工程中座椅基准点的确定方法，其特征在于：所述步骤S4中对待测车辆内部进行点云数据采集的方法如下：

S401、假人摆放到座椅前，利用千斤顶和激光水平仪对车辆底盘调整到水平状态；将主驾座椅调至最后最下位置，将三维H点装置的座板置于座椅上，往后推至最后位置，左右移动调整直至气泡水平仪的气泡居中，加载三维H点装置时应松开躯干铰接机构，从H点向外和向上加载配重块，防止三维H点装置倾倒、脱离座椅，在每一轮配重块加载之前，应在相应的载荷施加点上通过推拉力计用100N的力冲压两次，用以使三维H点装置在加载过程中与座椅完全紧密接触，在加载过程中要检查三维H点装置是否水平；

S402、在踏板不被压下的前提下，根据标准依次摆放三维H点装置的腿部和鞋具，将水平激光线打在三维H点装置坐垫轴即H点铰接轴的一端，将钢板尺竖直置于三维H点装置鞋具脚后跟旁边的地毯上，若水平激光线在钢板尺上面的读数小于等于290mm，则调整座椅靠背角为25°；否则，靠背角为23°；

S403、假人姿态点云数据采集完成后，将主驾座椅调整为最后最下状态，并保持座椅靠背角不变，通过摄影测量系统和三维扫描测量仪系统来采集内饰点云数据。

7.根据权利要求5所述的竞品车逆向工程中座椅基准点的确定方法，其特征在于：对获取的待测车辆内部的点云数据还需要进行处理，包括去噪、空洞修补、光顺、过滤几个处理过程。

8.根据权利要求6所述的竞品车逆向工程中座椅基准点的确定方法，其特征在于：所述步骤S4中，采集完点云数据后，确定座椅基准点的方法如下：

调入座椅假人多状态点云数据，分析得出各假人状态H点位置，均投影到三维H点装置躯干线所在平面上，通过各H点之间连接，以此获得座椅运动轨迹曲线，参考座椅最后最下状态假人摆放点云，初步确定人体模型摆放，根据初步确定的人体模型中的踏点、踵点、H点三维空间坐标，从而输出座椅适宜线，取95％座椅适宜线与座椅运动轨迹线初定座椅基准点，根据初定座椅基准点及确定座椅靠背角，得出V1、V2点，通过V1点水平向前偏左17°、V1点向前沿铅垂面偏上7°、V2点向前沿铅垂面偏下5°的直线分别与风窗玻璃黑边点云相交，得出风窗玻璃基准点a，b，c，要求风窗玻璃透明区包含风窗玻璃基准点a，b，c，根据该要求对座椅基准点进行移动，以满足该标准，此时得到确定的座椅基准点，通过该R点，来分析校核竞品车假人工程参数。

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