基于CATIA 環(huán)境下A 柱障礙角法規(guī)校核及作業(yè)指導(dǎo)書設(shè)計(jì)

鄒增糧

（東風(fēng)柳州汽車有限公司 技術(shù)中心，廣西 柳州 545006）

0 引言

中國汽車工業(yè)高速發(fā)展，汽車市場競爭非常激烈，各個(gè)汽車生產(chǎn)廠家為了在競爭中處于優(yōu)勢地位，不斷推出節(jié)能環(huán)保的新款汽車，從而激發(fā)了更多家庭對(duì)擁有轎車的強(qiáng)烈向往。汽車產(chǎn)業(yè)鏈的人力資源的瓶頸進(jìn)一步突顯，如何在短時(shí)間內(nèi)招聘到盡可能多的人手，盡量縮短“新員工”培訓(xùn)周期，讓其盡快上崗是汽車產(chǎn)業(yè)鏈上的每一個(gè)公司都面臨的新問題。同時(shí)，由于中國汽車工業(yè)起步晚，很多汽車法規(guī)都是從國外直接引進(jìn)過來的，很多條款或內(nèi)容晦澀難懂，培訓(xùn)也不容易解讀，更不能準(zhǔn)確掌握?！靶聠T工”更是難上加難。如何快速打造一支高素質(zhì)、高效率設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)，并實(shí)現(xiàn)由傳統(tǒng)一對(duì)一帶徒模式向大批量“復(fù)制模式”轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵在有效的培訓(xùn)。培訓(xùn)新員工是一個(gè)企業(yè)知識(shí)與技能的傳遞與傳承，是企業(yè)、組織長盛不衰的源泉，也是人力資源管理與開發(fā)的重要組成部分和關(guān)鍵職能。而培訓(xùn)的核心就在于標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)流程的打造、相關(guān)模塊與范例教材的建立。

A 柱障礙角法規(guī)是汽車人機(jī)工程校核中極為重要的一環(huán)。本研究以某車型A 柱障礙角法規(guī)校核為例，基于CATIA 三維設(shè)計(jì)軟件，制作了A 柱障礙角法規(guī)校核基準(zhǔn)流程及3D 作業(yè)（步驟）指導(dǎo)書標(biāo)準(zhǔn)模板，同步形成可滿足批量化培訓(xùn)要求的示范教材。不僅規(guī)范化了A 柱障礙角法規(guī)校核作業(yè)，而且通過培訓(xùn)，使“新員工”能獨(dú)立完成法規(guī)校核作業(yè)。

1 法規(guī)解讀、術(shù)語定義、參數(shù)輸入

1.1 法規(guī)解讀

根據(jù)GB 11562-94《汽車駕駛員前方視野要求及測量方法》中序號(hào)3.19～3.20 有關(guān)A 柱雙目障礙角的描述及序號(hào)4 技術(shù)要求：對(duì)于普通用途車輛，每根A 柱的雙目障礙角不得超過6°，若駕駛員側(cè)和乘員側(cè)的A 柱相對(duì)車輛中央縱向鉛垂面是對(duì)稱的，則乘客側(cè)的A 柱障礙角不需要再測量[1]。

1.2 術(shù)語定義

A 柱定義：指位于V點(diǎn)前68 mm 處橫向鉛垂平面以前的任何車頂支撐（不透明的零件），如門框、風(fēng)窗玻璃鑲條、支撐附件等。

P點(diǎn)：指駕駛員眼睛高度上的頭部中心點(diǎn)，通常以P1，P2兩點(diǎn)表示駕駛員水平觀察物體時(shí)P點(diǎn)的不同位置（注：P1是校核左A柱雙目障礙角時(shí)用，P2是校核右A柱雙目障礙角時(shí)用）。

Pm點(diǎn)：指通過R點(diǎn)的縱向鉛垂面與P1、P2連線的交點(diǎn)。

R點(diǎn)：即“乘坐基準(zhǔn)點(diǎn)”，是指制造廠規(guī)定的設(shè)計(jì)H點(diǎn)，是駕駛員座椅放到最后、最下位置時(shí)座椅H點(diǎn)（針對(duì)有調(diào)高、調(diào)前后位置座椅）[2]。

（1）確定了由制造廠規(guī)定的座椅每個(gè)設(shè)計(jì)乘坐位置的最后面的正常駕駛和乘坐位置，它考慮了所有的座椅可能調(diào)節(jié)狀態(tài)（水平、垂直及傾斜）。

（2）具有相對(duì)于所設(shè)計(jì)的車輛的結(jié)構(gòu)建立的坐標(biāo)。

（3）模擬人體軀干和大腿鉸接中心位置。

（4）作為安放二維人體樣板的參考點(diǎn)[3]。

座椅靠背角：指座椅靠背與鉛垂線的夾角。

設(shè)計(jì)座椅靠背角：指通過R點(diǎn)的鉛垂線與由汽車制造廠規(guī)定的三維H點(diǎn)裝置軀干線之間的夾角。

實(shí)際座椅靠背角：指座椅處于最低和最后位置時(shí)，通過H點(diǎn)的鉛垂線與三維H點(diǎn)裝置軀干線之間形成的夾角，實(shí)際靠背角理論上相當(dāng)于設(shè)計(jì)靠背角。

1.3 校核要求

（1）汽車A 柱不能超過兩根。

（2）每根A 柱雙目障礙角不得超過6°，若兩柱相對(duì)汽車縱向鉛垂面是對(duì)稱的，則右柱不需要再測量。

1.4 基本參數(shù)輸入

座椅靠背設(shè)計(jì)角度為25°；

座椅正常調(diào)整范圍為：前120 mm，后80 mm；極限座椅調(diào)節(jié)范圍：300 mm。

2 校核過程

2.1 確定P 點(diǎn)坐標(biāo)修正值

P點(diǎn)相對(duì)于R點(diǎn)位置由三維坐標(biāo)系X、Y、Z坐標(biāo)確定，原始基本坐標(biāo)修正值見表1。

表1 基本坐標(biāo)修正值 單位：mm

在上述表1 原始基本值的基礎(chǔ)上，P點(diǎn)需結(jié)合設(shè)計(jì)座椅靠背角、座椅水平調(diào)節(jié)滑移量兩個(gè)輸入?yún)?shù)進(jìn)行修正。

（1）如果座椅水平調(diào)節(jié)滑移量超過108 mm 時(shí)，需按表2 對(duì)P點(diǎn)在X坐標(biāo)方向值進(jìn)行修正。

表2 各座椅水平調(diào)節(jié)滑移量與P 點(diǎn)X 方向坐標(biāo)修正值對(duì)應(yīng)關(guān)系單位：mm

（2）各設(shè)計(jì)座椅靠背角度下，需按表3 對(duì)P點(diǎn)在X、Z坐標(biāo)方向進(jìn)行再次修正。

表3 各設(shè)計(jì)座椅靠背角與P 點(diǎn)X、Z 方向坐標(biāo)修正值對(duì)應(yīng)關(guān)系 單位：mm

經(jīng)過上述2 步查表修正，可計(jì)算出P點(diǎn)最終相對(duì)于R點(diǎn)坐標(biāo)值如下：

P1相對(duì)于R點(diǎn)三維坐標(biāo)X1：35 - 48 + 0 = -13；Y1：-20；Z1：627+0=627

P2相對(duì)于R點(diǎn)三維坐標(biāo)X2：63 - 48 + 0 = 15；Y2：47；Z2：627+0=627

Pm相對(duì)于R點(diǎn)三維坐標(biāo)Xm：43.36 - 48 + 0 =-4.64；Ym：0；Zm：627+0=627

即P1相對(duì)于R點(diǎn)坐標(biāo)值為（-13，-20，627）；P2相對(duì)于R點(diǎn)坐標(biāo)值為（15，47，627）；Pm相對(duì)于R點(diǎn)坐標(biāo)值為（-4.64，0，627）

2.2 在CATIA 環(huán)境外下，調(diào)入校核所需的基礎(chǔ)數(shù)模

A 柱盲區(qū)檢查需要提供零部件數(shù)模包括：A 柱外CAS 面，A 柱護(hù)板，前風(fēng)窗密封膠條及涂黑區(qū)，外后視鏡支座、駕駛員座椅、人體模型、R點(diǎn)坐標(biāo)等影響視野的A 柱附近零部件3D 數(shù)模。如圖1 所示。

圖1 調(diào)入結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)邊界

2.3 創(chuàng)建Pm、P1、P2 點(diǎn)

（1）由車身布置圖找到駕駛員座椅R點(diǎn)坐標(biāo)（圖2），建立以R點(diǎn)為原點(diǎn)的局部坐標(biāo)系，使用CATIA 軟件點(diǎn)創(chuàng)建命令，利用2.1 所得出的修正后的P1、P2點(diǎn)坐標(biāo)值建立P1、P2點(diǎn)。

圖2 定義整車R 點(diǎn)

（2）求出Pm點(diǎn)：一方面可直接利用2.1 所得出的修正后的Pm點(diǎn)坐標(biāo)值建立Pm點(diǎn)；另一方面可通過R點(diǎn)作縱向（X方向）鉛垂平面A（平行于整車中心對(duì)稱面），與P1、P2連線的交點(diǎn)即為Pm，求得Pm（-4.64，0，627）。

（3）過P1、P2、Pm三點(diǎn)做垂直鉛垂平面A的平面B。如圖3 所示。

圖3 制作平面A、B 與P1、P2 及Pm 點(diǎn)

2.4 求出斷面最前點(diǎn)

求出上2°、下5°斷面最前點(diǎn)。如圖4、5 所示。

圖4 制作上2°、下5°斷面

（1）過Pm點(diǎn)向前作與水平面B向上成2°夾角的平面，求過此平面與A柱相交的最前點(diǎn)S1。

（2）過Pm點(diǎn)向前作與水平面B向下成5°夾角的平面，求過此平面與A柱相交的最前點(diǎn)S2。

求S1、S2點(diǎn)：

①將剛才所做的斷面，導(dǎo)出成Section1.part 及Section2.part 文件。

②分別重新打開Section1.part 文件及Section2.part 文件，選中最靠近車頭方向的外側(cè)曲線，雙擊對(duì)其進(jìn)行編輯，做其法線為X方向的切線，找到切點(diǎn)。

③該切點(diǎn)即為截面最前端的S1、S2切點(diǎn)，隱藏其他不相關(guān)的曲線，保留切點(diǎn)S1、S2并保存草圖退出。

圖5 求解斷面最前點(diǎn)S1、S2

2.5 做出S1、S2 斷面

在A 柱上做兩個(gè)水平截面（S1、S2截面）。如圖6 所示。

圖6 制作水平截面S1、S2

（1）A 柱S1截面：過最前點(diǎn)作水平截面，即為S1截面。

（2）A 柱S2截面：過最前點(diǎn)作水平截面，即為S2截面。

①將上一步保存的Section1.part 及Section2.part文件導(dǎo)入到Product1 文件中去。

②隱藏Applications 中的截面，激活新導(dǎo)入的幾何截面，利用上一步建立的S1和S2點(diǎn)，分別作垂直Z方向的水平截面S1及S2。

③凍結(jié)截面之后，將截面結(jié)果導(dǎo)出，保存為Section_S1.part 及Section_S2.Part 文件。

④隱藏Applications 中的截面3 和截面4。

2.6 輸出并投影至共同面

將S1、S2截面投影到P點(diǎn)（P1、P2、Pm）所在的水平面B內(nèi)，雙目障礙角將在該平面內(nèi)測量（導(dǎo)入CATIA零部件圖中，或?qū)С龅紸UTOCAD 環(huán)境中進(jìn)行）。如圖7 所示。

圖7 投影過程及結(jié)果

（1） 將上一步保存的Section_S1.part 及Section_S2.part 文件導(dǎo)入到Product1 文件中去。

（2）在結(jié)構(gòu)樹中選中Product1，將環(huán)境切換成零件設(shè)計(jì)模式，創(chuàng)建Part1。

（3）選中P1、P2及Pm所在的平面B，進(jìn)入草圖模式。

（4）在草圖中，選中剛才導(dǎo)入的S1及S2截面，進(jìn)行3D 投影，將其投影到平面B上。

2.7 確定E 點(diǎn)位置

繼續(xù)在上一步的草圖中，作出E點(diǎn)。如圖8 所示。

圖8 確定E 點(diǎn)位置

（1）E點(diǎn)與P點(diǎn)在同一水平面內(nèi)。

（2）E1和E2距P1點(diǎn)各為104 mm，E1距E2為65 mm。

（3）E3和E4距P2點(diǎn)各為104 mm，E3距E4為65 mm。

2.8 解求A 柱雙目障礙角（在草圖環(huán)境下）

（1）E1和E2的連接線繞P1旋轉(zhuǎn)，使E1至左A 柱的S2截面外側(cè)的切線與E1，E2連線成直角。

（2）從E1向左A 柱S2截面外側(cè)作切線1 和從E2向左A 柱S1截面內(nèi)側(cè)作切線2。

（3）從E2點(diǎn)作前一外側(cè)切線1 的平行線，與后一內(nèi)側(cè)切線2 所成的平面視野角度即為駕駛員側(cè)的左A柱雙目障礙角（注：如果整車呈中心對(duì)稱基準(zhǔn)面對(duì)稱，則不需校核右A柱雙目障礙角）。如圖9 所示。

圖9 求解A 柱雙目障礙角

3 制作“校核作業(yè)指導(dǎo)（步驟）書”

根據(jù)上述校核過程，提煉、優(yōu)化整理并最終形成A 柱障礙角法規(guī)校核作業(yè)指導(dǎo)（步驟）書。其整個(gè)流程圖如圖10 所示。

圖10 3D 校核作業(yè)流程圖

4 結(jié)語

通過運(yùn)用CATIA 軟件相關(guān)功能，完成某車型A柱障礙角的法規(guī)校核，并將校核全程編制成標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)指導(dǎo)（步驟）書，這對(duì)于校核經(jīng)驗(yàn)比較少、法規(guī)解讀不到位的設(shè)計(jì)師來說，無疑提供了一個(gè)法規(guī)校核的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范流程，有助于他們快速進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)積累，快速掌握法規(guī)類3D 校核作業(yè)流程并輸出標(biāo)準(zhǔn)化的報(bào)告。事后，經(jīng)從未做過法規(guī)校核的新進(jìn)人員按作業(yè)指導(dǎo)書操作使用，全部能獨(dú)立完成法規(guī)校核并輸出認(rèn)可的標(biāo)準(zhǔn)報(bào)告，完全符合使用要求。

后續(xù)將以此校核作業(yè)指導(dǎo)書為基礎(chǔ)樣板，編制并完善如前、后視野校核、內(nèi)外部突出物等其他法規(guī)領(lǐng)域校核作業(yè)指導(dǎo)書，以最大限度地減輕初學(xué)者法規(guī)解讀工作量，提高其學(xué)習(xí)效率。