基于CATIA知識工程的手伸界面模板開發

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的創建和調用方法。在CATIA V5環境下，利用其知識工程模塊，結合簡單的編程，創建參數化的且符合SAE標準的駕駛員手伸界面，并生成模板庫。在以后的設計中調用模板，手伸界面可根據輸入的總布置參數自動變化。該模板的創建和使用可大幅降低設計的重復性、提高效率，也為設計人員提供一種新的思路和方法。

關鍵詞：知識工程;手伸界面

中圖分類號：U462.2? ? 文獻標識碼：? ? ?文章編號：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，它能為設計人員在布置各種開關、旋鈕時提供參考。在車身開發過程中，手伸界面常常被多次創建，浪費了大量時間，而通用模板的建立和調用不僅能夠大幅提高設計校核的效率，還能降低輸入手伸界面參數時

出錯的風險。

CATIA是汽車車身設計中常用的三維設計軟件，利用其知識工程模塊創建模板，可滿足不同設計者的需求，設計靈活性大、容易運用。數模設計和布置校核都在同一個軟件中進行也可省去不同軟件之間轉換和更新數據的麻煩。

本文主要介紹在CATIA V5中駕駛員手伸界面模板庫的開發及應用。

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入座、身系安全帶、右腳踩在加速踏板上、一手握住方向盤時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。由于駕駛員座椅設計、自身伸及能力以及安全帶束縛形式的不同，必然導致了手伸界面范圍的不同。

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

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

其中車內尺寸的定義及標準適用的尺寸范圍如表 1所示：

根據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，安全帶又有兩點式和三點式兩種，共計42種組合，對應42張表格來描繪手伸界面范圍。如表2對應G<-1.25、男女比例50/50、佩戴三點式安全帶的手伸及范圍，代表著在特定坐姿并佩戴三點式安全帶的情況下，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上增加和減少50mm。

手伸界面上的點位于HR參照面前方，表中數值為手伸界面上的點到HR參照面的x向距離。HR參照面為平行于車輛坐標系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

對比SAE J287（2007年2月）的42張手伸界面表格，可發現在G值范圍相同、安全帶形式相同，僅男女比例不同的情況下，手伸界面上的點除了x坐標不同，點的數量和y、z坐標都是相同的。也就是說模板庫中可建立14個模板，將手伸界面的x坐標用參數驅動即可得到全部42個手伸界面。

本文以G<-1.25，三點式安全帶的手伸界面為

例，介紹手伸界面模板的開發。

3.1? ?新建參數

在使用知識工程之前，需要確認勾選了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”命令創建參數：男女比例“Male to Female Ratio”、通用布置因子“G”、AHP點x坐標“L8”、SgRP點x坐標“L31”、SgRP點y坐標“W20”、SgRP點z坐標“H70”。接著可以從Excel中導入手伸界面上170個點的橫坐標“x1”，“x2”，……，“x170”。

因為此模板對應的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。程序為：G<-1.25。這樣當輸入的“G”值大于等于-1.25時，程序會發出警告。

新建Driver Hand Control Reach 1-3.xls，將表 1中的數值逐列展開為第一行，SAE J287中佩戴三點式安全帶、G<-1.25、男女比例75/20的手伸界面表格中的數值逐列展開為第二行，佩戴三點式安全帶、G<-1.25、男女比例90/10的手伸界面表格中的數值逐列展開為第三行，如圖1所示。因為手伸界面上的點在SgRP點的-x方向，所以表中的數值取了相反數。

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

使用“Rule”命令編輯如下規則：

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

使得當男女比例為50/50時使用第一組數據，男女比例為75/25時使用第二組數據，男女比例為90/10時使用第三組數據。

3.2? ?建立基準

將HR參照面、通過SgRP點的水平面、通過SgRP的縱向垂直平面三個面的交點定義為參照點“Reference Point”。在CATIA中新建點“Reference Point”，使用“Rule”命令來確定其坐標，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）應該為正數，為防止因輸出參數錯誤導致SgRP點在AHP點前面的情況，使用“Check”命令，“Type of Check”為“Warning”，“Message”為：“L31” should be greater than “L8”。程序為：L31>L8。

用“Axis System”命令建立坐標系“Axis System.1”，原點選為新建的“Reference Point”。

3.3? ?創建手伸界面

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

創建點的時候，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自帶的一個批處理文件。在第一個“StartCurve”和“EndCurve”之間輸入手伸界面上第一列點的坐標，第二個“StartCurve”和

“EndCurve”之間輸入手伸界面上第二列點的坐標，以此類推。然后執行Excel的宏命令Feuil1.Main，輸入“1”是創建Excel中的點，輸入“2”會將每個“StartCurve”和“EndCurve”之間的點連成線，輸入“3”則會利用創建的線形成多截面曲面。

將創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? ?創建模板庫

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

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

復制模板“Driver Hand Control Reach 1-3.CATPart”，修改其參數，用類似的方法創建模板“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。

4? ? 手伸界面模板的使用

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