基于CATIA 環境下A 柱障礙角法規校核及作業指導書設計

鄒增糧

（東風柳州汽車有限公司 技術中心，廣西 柳州 545006）

0 引言

中國汽車工業高速發展，汽車市場競爭非常激烈，各個汽車生產廠家為了在競爭中處于優勢地位，不斷推出節能環保的新款汽車，從而激發了更多家庭對擁有轎車的強烈向往。汽車產業鏈的人力資源的瓶頸進一步突顯，如何在短時間內招聘到盡可能多的人手，盡量縮短“新員工”培訓周期，讓其盡快上崗是汽車產業鏈上的每一個公司都面臨的新問題。同時，由于中國汽車工業起步晚，很多汽車法規都是從國外直接引進過來的，很多條款或內容晦澀難懂，培訓也不容易解讀，更不能準確掌握。“新員工”更是難上加難。如何快速打造一支高素質、高效率設計團隊，并實現由傳統一對一帶徒模式向大批量“復制模式”轉變的關鍵在有效的培訓。培訓新員工是一個企業知識與技能的傳遞與傳承，是企業、組織長盛不衰的源泉，也是人力資源管理與開發的重要組成部分和關鍵職能。而培訓的核心就在于標準作業流程的打造、相關模塊與范例教材的建立。

A 柱障礙角法規是汽車人機工程校核中極為重要的一環。本研究以某車型A 柱障礙角法規校核為例，基于CATIA 三維設計軟件，制作了A 柱障礙角法規校核基準流程及3D 作業（步驟）指導書標準模板，同步形成可滿足批量化培訓要求的示范教材。不僅規范化了A 柱障礙角法規校核作業，而且通過培訓，使“新員工”能獨立完成法規校核作業。

1 法規解讀、術語定義、參數輸入

1.1 法規解讀

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

1.2 術語定義

A 柱定義：指位于V點前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、風窗玻璃鑲條、支撐附件等。

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

Pm點：指通過R點的縱向鉛垂面與P1、P2連線的交點。

R點：即“乘坐基準點”，是指制造廠規定的設計H點，是駕駛員座椅放到最后、最下位置時座椅H點（針對有調高、調前后位置座椅）[2]。

（1）確定了由制造廠規定的座椅每個設計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節狀態（水平、垂直及傾斜）。

（2）具有相對于所設計的車輛的結構建立的坐標。

（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[3]。

座椅靠背角：指座椅靠背與鉛垂線的夾角。

設計座椅靠背角：指通過R點的鉛垂線與由汽車制造廠規定的三維H點裝置軀干線之間的夾角。

實際座椅靠背角：指座椅處于最低和最后位置時，通過H點的鉛垂線與三維H點裝置軀干線之間形成的夾角，實際靠背角理論上相當于設計靠背角。

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°，若兩柱相對汽車縱向鉛垂面是對稱的，則右柱不需要再測量。

1.4 基本參數輸入

座椅靠背設計角度為25°；

座椅正常調整范圍為：前120 mm，后80 mm；極限座椅調節范圍：300 mm。

2 校核過程

2.1 確定P 點坐標修正值

P點相對于R點位置由三維坐標系X、Y、Z坐標確定，原始基本坐標修正值見表1。

表1 基本坐標修正值 單位：mm

在上述表1 原始基本值的基礎上，P點需結合設計座椅靠背角、座椅水平調節滑移量兩個輸入參數進行修正。

（1）如果座椅水平調節滑移量超過108 mm 時，需按表2 對P點在X坐標方向值進行修正。

表2 各座椅水平調節滑移量與P 點X 方向坐標修正值對應關系單位：mm

（2）各設計座椅靠背角度下，需按表3 對P點在X、Z坐標方向進行再次修正。

表3 各設計座椅靠背角與P 點X、Z 方向坐標修正值對應關系 單位：mm

經過上述2 步查表修正，可計算出P點最終相對于R點坐標值如下：

P1相對于R點三維坐標X1：35 - 48 + 0 = -13；Y1：-20；Z1：627+0=627

P2相對于R點三維坐標X2：63 - 48 + 0 = 15；Y2：47；Z2：627+0=627

Pm相對于R點三維坐標Xm：43.36 - 48 + 0 =-4.64；Ym：0；Zm：627+0=627

即P1相對于R點坐標值為（-13，-20，627）；P2相對于R點坐標值為（15，47，627）；Pm相對于R點坐標值為（-4.64，0，627）

2.2 在CATIA 環境外下，調入校核所需的基礎數模

A 柱盲區檢查需要提供零部件數模包括：A 柱外CAS 面，A 柱護板，前風窗密封膠條及涂黑區，外后視鏡支座、駕駛員座椅、人體模型、R點坐標等影響視野的A 柱附近零部件3D 數模。如圖1 所示。

圖1 調入結構數據邊界

2.3 創建Pm、P1、P2 點

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

圖2 定義整車R 點

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

（3）過P1、P2、Pm三點做垂直鉛垂平面A的平面B。如圖3 所示。

圖3 制作平面A、B 與P1、P2 及Pm 點

2.4 求出斷面最前點

求出上2°、下5°斷面最前點。如圖4、5 所示。

圖4 制作上2°、下5°斷面

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

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

求S1、S2點：

①將剛才所做的斷面，導出成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曲線，雙擊對其進行編輯，做其法線為X方向的切線，找到切點。

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

圖5 求解斷面最前點S1、S2

2.5 做出S1、S2 斷面

在A 柱上做兩個水平截面（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：過最前點作水平截面，即為S1截面。

（2）A 柱S2截面：過最前點作水平截面，即為S2截面。

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

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

③凍結截面之后，將截面結果導出，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（P1、P2、Pm）所在的水平面B內，雙目障礙角將在該平面內測量（導入CATIA零部件圖中，或導出到AUTOCAD 環境中進行）。如圖7 所示。

圖7 投影過程及結果

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

（2）在結構樹中選中Product1，將環境切換成零件設計模式，創建Part1。

（3）選中P1、P2及Pm所在的平面B，進入草圖模式。

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

2.7 確定E 點位置

繼續在上一步的草圖中，作出E點。如圖8 所示。

圖8 確定E 點位置

（1）E點與P點在同一水平面內。

（2）E1和E2距P1點各為104 mm，E1距E2為65 mm。

（3）E3和E4距P2點各為104 mm，E3距E4為65 mm。

2.8 解求A 柱雙目障礙角（在草圖環境下）

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

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

（3）從E2點作前一外側切線1 的平行線，與后一內側切線2 所成的平面視野角度即為駕駛員側的左A柱雙目障礙角（注：如果整車呈中心對稱基準面對稱，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“校核作業指導（步驟）書”

根據上述校核過程，提煉、優化整理并最終形成A 柱障礙角法規校核作業指導（步驟）書。其整個流程圖如圖10 所示。

圖10 3D 校核作業流程圖

4 結語

通過運用CATIA 軟件相關功能，完成某車型A柱障礙角的法規校核，并將校核全程編制成標準作業指導（步驟）書，這對于校核經驗比較少、法規解讀不到位的設計師來說，無疑提供了一個法規校核的標準規范流程，有助于他們快速進行經驗積累，快速掌握法規類3D 校核作業流程并輸出標準化的報告。事后，經從未做過法規校核的新進人員按作業指導書操作使用，全部能獨立完成法規校核并輸出認可的標準報告，完全符合使用要求。

后續將以此校核作業指導書為基礎樣板，編制并完善如前、后視野校核、內外部突出物等其他法規領域校核作業指導書，以最大限度地減輕初學者法規解讀工作量，提高其學習效率。