基于CATIA知識(shí)工程的手伸界面模板開發(fā)

張正祺 吳曉奇 代文輝

摘? 要：本文提出了一種駕駛員手伸界面模板庫(kù)的創(chuàng)建和調(diào)用方法。在CATIA V5環(huán)境下，利用其知識(shí)工程模塊，結(jié)合簡(jiǎn)單的編程，創(chuàng)建參數(shù)化的且符合SAE標(biāo)準(zhǔn)的駕駛員手伸界面，并生成模板庫(kù)。在以后的設(shè)計(jì)中調(diào)用模板，手伸界面可根據(jù)輸入的總布置參數(shù)自動(dòng)變化。該模板的創(chuàng)建和使用可大幅降低設(shè)計(jì)的重復(fù)性、提高效率，也為設(shè)計(jì)人員提供一種新的思路和方法。

關(guān)鍵詞：知識(shí)工程;手伸界面

中圖分類號(hào)：U462.2? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：? ? ?文章編號(hào)：1005-2550（2018）06-0080-04

Development of Hand Control Reach Templates Based on CAITA Knowledge Engineering

ZHANG Zheng-qi， WU Xiao-qi， DAI Wen-hui

（Commercial Product R&D Institute， Dongfeng Automobile Co.， Ltd.， Wuhan 430057， China）

Abstract： This paper presents a method of creating and using the Driver Hand Control Reach Template. In CATIA V5 environment， using its knowledge engineering module， combining with simple programming， to create a parametric and meet the SAE standard Driver Hand Control Reach， then creat template library. The Driver Hand Control Reach can change automatically according to the input of the body layout parameters. The creating and using of the template can significantly reduce the design of repeatability and improve efficiency. Meanwhile， it provides engineer with a new way of designing.

Key Words： Knowledge engineering; Hand control reach

1? ? 引言

駕駛員手伸界面是指駕駛員在一定約束條件下手能伸及的空間廓面，它能為設(shè)計(jì)人員在布置各種開關(guān)、旋鈕時(shí)提供參考。在車身開發(fā)過程中，手伸界面常常被多次創(chuàng)建，浪費(fèi)了大量時(shí)間，而通用模板的建立和調(diào)用不僅能夠大幅提高設(shè)計(jì)校核的效率，還能降低輸入手伸界面參數(shù)時(shí)

出錯(cuò)的風(fēng)險(xiǎn)。

CATIA是汽車車身設(shè)計(jì)中常用的三維設(shè)計(jì)軟件，利用其知識(shí)工程模塊創(chuàng)建模板，可滿足不同設(shè)計(jì)者的需求，設(shè)計(jì)靈活性大、容易運(yùn)用。數(shù)模設(shè)計(jì)和布置校核都在同一個(gè)軟件中進(jìn)行也可省去不同軟件之間轉(zhuǎn)換和更新數(shù)據(jù)的麻煩。

本文主要介紹在CATIA V5中駕駛員手伸界面模板庫(kù)的開發(fā)及應(yīng)用。

2? ? 駕駛員手伸界面

駕駛員手伸界面是在駕駛員以正常姿勢(shì)入座、身系安全帶、右腳踩在加速踏板上、一手握住方向盤時(shí)另一手能伸及到的空間廓面，包括滿手抓握界面、三指旋握界面和指尖觸及界面。由于駕駛員座椅設(shè)計(jì)、自身伸及能力以及安全帶束縛形式的不同，必然導(dǎo)致了手伸界面范圍的不同。

SAE J287（2007年2月）將不同車內(nèi)尺寸乘以影響系數(shù)得到通用布置因子G，以反映特定車輛的設(shè)計(jì)坐姿。其計(jì)算公式如式1所示：

G=0.00327（H30）+0.00285（H17）-3.21? ? ? ? ?（1）

其中車內(nèi)尺寸的定義及標(biāo)準(zhǔn)適用的尺寸范圍如表 1所示：

根據(jù)G值的不同，將手伸界面分為G<-1.25、-1.24<G<-0.75、-0.74<G<-0.25、-0.24<G<0.24、0.25<G<0.74、0.75<G<1.24、G>1.25七檔，駕駛員男女比例又分為50/50、75/25、90/10三種，安全帶又有兩點(diǎn)式和三點(diǎn)式兩種，共計(jì)42種組合，對(duì)應(yīng)42張表格來描繪手伸界面范圍。如表2對(duì)應(yīng)G<-1.25、男女比例50/50、佩戴三點(diǎn)式安全帶的手伸及范圍，代表著在特定坐姿并佩戴三點(diǎn)式安全帶的情況下，男女比例50/50的人群中95%的人三指旋握能觸及到的最大范圍，指尖觸及的范圍和滿手抓握的范圍分別在此基礎(chǔ)上增加和減少50mm。

手伸界面上的點(diǎn)位于HR參照面前方，表中數(shù)值為手伸界面上的點(diǎn)到HR參照面的x向距離。HR參照面為平行于車輛坐標(biāo)系yz面的平面，如果786mm-99G>L53（L53為SgRP到AHP的x向距離），則HR參照面為通過SgRP的平面，如果786mm-99G<L53則HR參照面位于AHP后方786mm-99G處。

3? ? 手伸界面模板的開發(fā)

對(duì)比SAE J287（2007年2月）的42張手伸界面表格，可發(fā)現(xiàn)在G值范圍相同、安全帶形式相同，僅男女比例不同的情況下，手伸界面上的點(diǎn)除了x坐標(biāo)不同，點(diǎn)的數(shù)量和y、z坐標(biāo)都是相同的。也就是說模板庫(kù)中可建立14個(gè)模板，將手伸界面的x坐標(biāo)用參數(shù)驅(qū)動(dòng)即可得到全部42個(gè)手伸界面。

本文以G<-1.25，三點(diǎn)式安全帶的手伸界面為

例，介紹手伸界面模板的開發(fā)。

3.1? ?新建參數(shù)

在使用知識(shí)工程之前，需要確認(rèn)勾選了Options-General-Parameters and Measure-Knowledge里的“With value”和“With formula”，以及Options-Infrastructure-Part-Infrastructure-Display里的“Parameters”和“Relations”。

新建“Driver Hand Control Reach 1-3.CATPart”。使用“Formula”命令創(chuàng)建參數(shù)：男女比例“Male to Female Ratio”、通用布置因子“G”、AHP點(diǎn)x坐標(biāo)“L8”、SgRP點(diǎn)x坐標(biāo)“L31”、SgRP點(diǎn)y坐標(biāo)“W20”、SgRP點(diǎn)z坐標(biāo)“H70”。接著可以從Excel中導(dǎo)入手伸界面上170個(gè)點(diǎn)的橫坐標(biāo)“x1”，“x2”，……，“x170”。

因?yàn)榇四０鍖?duì)應(yīng)的G值小于-1.25，為防止誤輸，在“Knowledge Advisor”模塊中使用“Check”命令編輯警告，“Type of Check”為“Warning”，“Message”為："G" must less than -1.25。程序?yàn)椋篏<-1.25。這樣當(dāng)輸入的“G”值大于等于-1.25時(shí)，程序會(huì)發(fā)出警告。

新建Driver Hand Control Reach 1-3.xls，將表 1中的數(shù)值逐列展開為第一行，SAE J287中佩戴三點(diǎn)式安全帶、G<-1.25、男女比例75/20的手伸界面表格中的數(shù)值逐列展開為第二行，佩戴三點(diǎn)式安全帶、G<-1.25、男女比例90/10的手伸界面表格中的數(shù)值逐列展開為第三行，如圖1所示。因?yàn)槭稚旖缑嫔系狞c(diǎn)在SgRP點(diǎn)的-x方向，所以表中的數(shù)值取了相反數(shù)。

在CATIA中使用“Design Table”命令為參數(shù)“x1”-“x170”賦值，使“x1”-“x170”能采用Excel中的三組數(shù)值。

使用“Rule”命令編輯如下規(guī)則：

if `Male to Female Ratio` =="50/50"

Relations＼DesignTable.1＼Configuration =1

if `Male to Female Ratio` =="75/25"

Relations＼DesignTable.1＼Configuration =2

if `Male to Female Ratio` =="90/10"

Relations＼DesignTable.1＼Configuration =3

使得當(dāng)男女比例為50/50時(shí)使用第一組數(shù)據(jù)，男女比例為75/25時(shí)使用第二組數(shù)據(jù)，男女比例為90/10時(shí)使用第三組數(shù)據(jù)。

3.2? ?建立基準(zhǔn)

將HR參照面、通過SgRP點(diǎn)的水平面、通過SgRP的縱向垂直平面三個(gè)面的交點(diǎn)定義為參照點(diǎn)“Reference Point”。在CATIA中新建點(diǎn)“Reference Point”，使用“Rule”命令來確定其坐標(biāo)，程序如下：

`Reference Point＼Reference Point＼X` =L8+min（（786-99×G）×1mm，（L31-L8））

`Reference Point＼Reference Point＼Y` =W20

`Reference Point＼Reference Point＼Z` =H70

以上程序中（L31-L8）應(yīng)該為正數(shù)，為防止因輸出參數(shù)錯(cuò)誤導(dǎo)致SgRP點(diǎn)在AHP點(diǎn)前面的情況，使用“Check”命令，“Type of Check”為“Warning”，“Message”為：“L31” should be greater than “L8”。程序?yàn)椋篖31>L8。

用“Axis System”命令建立坐標(biāo)系“Axis System.1”，原點(diǎn)選為新建的“Reference Point”。

3.3? ?創(chuàng)建手伸界面

在坐標(biāo)系“Axis System.1”中新建點(diǎn)（x1，-400，800）、點(diǎn)（x2，-400，700）、點(diǎn)（x3，-400，600）、……、點(diǎn)（x170，600，-100），其中的“x1”-“x170”為參數(shù)變量，使用“Rule”或“Formula”命令將其與之前創(chuàng)建的參數(shù)關(guān)聯(lián)。用“Spline”命令將每列和每行的點(diǎn)連成線，再用“Multi-Sections Surface”命令將線連成面，得到三指旋握界面。

創(chuàng)建點(diǎn)的時(shí)候，可以在CATIA的安裝路徑＼B18＼intel_a＼code＼command中找到文件“GSD_PointSplineLoftFromExcel.xls”，這是CATIA自帶的一個(gè)批處理文件。在第一個(gè)“StartCurve”和“EndCurve”之間輸入手伸界面上第一列點(diǎn)的坐標(biāo)，第二個(gè)“StartCurve”和

“EndCurve”之間輸入手伸界面上第二列點(diǎn)的坐標(biāo)，以此類推。然后執(zhí)行Excel的宏命令Feuil1.Main，輸入“1”是創(chuàng)建Excel中的點(diǎn)，輸入“2”會(huì)將每個(gè)“StartCurve”和“EndCurve”之間的點(diǎn)連成線，輸入“3”則會(huì)利用創(chuàng)建的線形成多截面曲面。

將創(chuàng)建的三指旋握界面向-x方向平移50mm即可得到指尖觸及界面，向+x方向平移50mm即可得到滿手抓握界面，如圖2所示：

3.4? ?創(chuàng)建模板庫(kù)

使用“Document Template”命令創(chuàng)建文檔模板，在“Published Parameters”中添加參數(shù)“Male to Female Ratio”、“G”、“L8”、“L31”、“W20”、“H70”這些參數(shù)，并命名為“男女比例”、“通用布置因子G”、“AHP點(diǎn)x坐標(biāo)L8”、“SgRP點(diǎn)x坐標(biāo)L31”、“SgRP點(diǎn)y坐標(biāo)W20”、“SgRP點(diǎn)z坐標(biāo)H70”。

使用“Save in Catalog”命令保存模板為“Driver Hand Control Reach.catalog”。

復(fù)制模板“Driver Hand Control Reach 1-3.CATPart”，修改其參數(shù)，用類似的方法創(chuàng)建模板“Driver Hand Control Reach 4-6.CATPart”“Driver Hand Control Reach 7-9.CATPart”等。在“Save in Catalog”命令中選擇“Update an existing catalog”，將這些模板也保存到“Driver Hand Control Reach.catalog”文件中形成模板庫(kù)。

4? ? 手伸界面模板的使用

在“Assembly Design”模塊中點(diǎn)擊“Catalog Browser”命令，選擇剛創(chuàng)建的“Driver Hand Control Reach.catalog”文件。在“Parameters”中可選擇不同男女比例的模板，也可輸入其它參數(shù)用于手伸界面的定位，如圖3，點(diǎn)擊確定后得到如圖2的三種手伸界面。