基于知识工程的轿车视野校核系统的开发

2014-11-28 10:12李莹张胜兰周翔
湖北汽车工业学院学报 2014年4期
关键词:盲区校核头部

李莹,张胜兰,周翔

(湖北汽车工业学院汽车工程学院,湖北十堰442002)

汽车视野性能直接影响到汽车的行驶安全性、乘坐舒适性及操作方便性,是汽车车身总布置设计过程中的一个重要环节。汽车视野设计包括前风窗刮扫校核、仪表板盲区校核和A 立柱盲区校核。本文中分别以SAE(美国汽车工程师协会标准,介绍了眼椭圆——驾驶员眼睛位置的一种统计表示法)和GB(国家标准)2种方法进行对比,选择GB为标准进行设计和校核[1]。

1 视野校核法规及系统开发工具

各视野校核的法规如表1所示。

视野校核系统开发工具以Catia V5的知识工程(KE,Knowledge Engineering)模块为设计校核工具。知识工程顾问(Knowledge Advisor)模块能让开发人员把产品的设计知识(包括尺寸关系式、尺寸约束、特征关系式等)用知识工程原理表达出来,组成一个产品的知识库,指导设计人员完成产品创新,并体现最佳的设计实践,达到减少设计失误,实现自动设计,获得最高生产率的目的。

在设计过程中,用户通过把产品知识嵌入行为、公式、规则及检查中,并在需要时调用,是产品知识依据用户的定义指导设计,其内涵是容易理解的。例如:通过检查操作可以亮显在验证过程中所涉及到的参数,这样用户就可以容易而直观地判断被测对象如何破坏标准。

表1 三部位的视野校核法规

在知识工程顾问模块中,设计人员可以把产品设计中设计行业设计标准、尺寸关联、尺寸约束、特征关联等信息,用模块本身提供的公式、规则、和检查等工具表达成模块化得面向对象的高级语言代码,其中Formulas用于通过函数公式表示待定变量与自定义变量和其他一些参数之间的关系;Rules用于通过编写程序代码,有条件地改变尺寸的值,有条件地激活或隐藏特征;Checks选项用于着重标明在校验过程中涉及的参数,从而方便地确认[2]。

2 视野校核的模块开发

驾驶员视野校核的基础——眼点模块,GB 眼点模块的实现:运用Catia的GSD模块建立模板,运用Catia的知识工程模块融入相关知识。用户在输入硬点参数时,系统会给出相应的设计知识,逐步实现GB 眼点的定位,如图1所示。需要输入的基本参数为靠背角L40和座椅行程TL23。

图1 各眼点的具体位置分布

2.1 前风窗刮扫校核模块

主要设计硬点是上眼点V1和下眼点V2[3],通过这2点向前延伸的4个交线[4],与风窗玻璃外表面相交的交线所封闭的面积,即是所需要校核的区域,如图2所示。A区和B区的面积决定了净刮率。净刮率是指某一理论刮扫区被实际刮扫区扫到的面积与该理论刮扫区面积之比,然后校核净刮率是否满足GB 标准,即A区净刮率为98%,B区净刮率为80%。

图2 理论区的面积(GB)

2.2 仪表板盲区校核模块

根据文献[3]求出仪表板盲区和方向盘轮毂和轮辐的盲区,确定这2个盲区的作用是在布置仪表盘和仪表时,避免将其布置在驾驶员上述盲区内,这样就使布置方案更简洁、清晰、认读方便。如图3~4所示。

2.3 A立柱盲区模块

首先确定出头部转动点P1、P2、Pm和E点(E1、E2表示驾驶员左、右眼点)的位置,然后根据文献[3],求出A柱障碍角。A柱障碍角的大小是驾驶员前方视野的重要指标,要求不得超过6°,实际工作中,左A柱双目障碍角不大于11°,右A柱双目障碍角不大于8°,如图5所示。

图3 轮缘形成的仪表板盲区

图4 方向盘轮毂和轮辐的盲区

图5 A柱双目障碍盲区

3 视野校核中知识工程的应用

3.1 设计表的应用

在驾驶员视野校核模块中眼点的确定极其重要,作为设计硬点的P点和V点,主要由靠背角L40和座椅行程TL23参数来确定,故用设计表驱动硬点坐标的方法最为简洁实用,具体步骤如下:

1)在建立设计表之前,先建立一个Excel表格。在GB中座椅范围和靠背角决定了P点和V点的位置,约束条件为座椅范围和靠背角,每一对座椅范围和靠背角决定了一组P点和V点的坐标。坐标根据GB 进行计算和修正,建立完成后进行保存,如表2所示。

表2 P点和V点坐标表

2)建立相关参数靠背角L40和座椅行程TL23,自动关联建立的Excel的表格,如图6所示。

当用户选用不同的靠背角和座椅行程时,P点和V点坐标会自动进行相应关联,确定不同的位置。从而驱动A区和B区的面积发生改变,达到对不同车型数模校核的目的。

图6 设计表对硬点坐标自动关联

3.2 规则的应用

1)确定眼椭圆质心

GB 规定不同座椅行程确定不同的眼椭圆质心,首先要建立一个确定的座椅行程参数,利用Catia的规则(Rule)对座椅行程进行判断,套用不同的经验公式,如图7所示。

图7 眼椭圆质心位置的定位

不同的眼椭圆质心对应着不同眼椭圆位置,这一点对仪表板盲区的确定非常重要,而座椅行程是驱动眼椭圆质心位置的主要参数,以此实现对仪表板盲区的校核。

2)确定眼椭圆尺寸

GB中,眼椭圆大小主要由座椅行程范围和人体百分位确定,通过If else 语句对眼椭球的3个长半轴尺寸进行驱动,从而实现对眼椭圆大小的控制,通过建立规则,利用眼椭圆达到对不同车型的仪表盘盲区进行数模校核的目的。如图8所示。

图8 眼椭圆尺寸的确定

3)确定头部轮廓尺寸

头部轮廓线尺寸主要由座椅行程TL和头部百分位确定,建立头部包络线的模型,对各尺寸建立相应参数。如图9所示。

图9 头部包络线尺寸的确定

头部包络线的确定,是校核汽车驾驶员头部与车身结构之间的空间的重要指标。在颠簸和翻车等情况下使头部具有必要的缓冲空间具有重要意义,但这个空间设计过大会浪费空间,并增大汽车正面迎风面积而使空气阻力加大。因此,头部空间尺寸关系到整车性能好坏,必须科学合理的选取,而关键就是能够将乘员(主要是驾驶员)头部占据空间的范围描述出来,然后只要控制头顶内饰与乘员头部占据空间的范围边界即可。

3.3 检查的应用

对A柱双目障碍角校核,可以快速的输出的结果参数“A柱双目障碍角”的大小进行判断,如果符合法规,则不弹出警告,若不符合法规则弹出警告,本设计方案不符合法规。

建立左右A柱双目障碍角2个参数,对参数进行关联,关联到测量的A柱障碍角,以便校核。建立2个检查,当A柱双目障碍角不小于6°时,显示信息“Left of A is invalid”,如图10所示。

图10 对双目盲区(左)建立检查

4 结论

在对比研究GB和SAE的基础上,总结分析轿车车身内部布置基本理论,运用汽车人机工程学知识,以Catia 本身提供的Home Language 语言为基本语言和开发工具,通过知识工程和二次开发实现了方便灵活的人机交互界面,开发了轿车车身内部布置系统中的基于知识的视野校核系统。实现了1)确定前风窗刮扫面积的净刮率,检测风窗玻璃设计数据、布置位置及雨刮数据的合理性;2)确定仪表板的双眼盲区,检测仪表与转向盘布置位置数据与设计数据的合理性;3)确定驾驶员侧与乘员侧的A立柱双目障碍角,检测A立柱设计数据及布置的合理性的3个功能。整个校核工作在三维空间进行,用户只需按照提示输入相应的硬点参数,系统便会给出相应的设计知识,最后自动给出校核结果其相应的法规要求,对校核结果进行评价,使用户能够较快速、准确地完成轿车视野校核工作,使视野校核更加直观。整个视野校核系统进行模块化,不同的校核任务对应不同的模块,并把影响它们的参数提取出来,这样只需要输入整车的硬点参数就可以得到其相应的设计知识和最终校核结果,从而使设计周期大大缩短。

基于知识的轿车视野校核系统软件可以准确快速地完成轿车视野校核的工作,初步实现了设计知识和设计经验与计算机程序的融合,满足了设计知识参数化的要求,提高了设计效率,缩短了设计周期,为轿车车身布置提供了一个方便的工具,以方便高效地指导设计人员完成视野校核工作。

[1]任金东.汽车人机工程学[M].北京:北京大学出版社,2010.

[2]王智明,杨旭,平海涛.知识工程及专家系统[M].北京:化学工业出版社,2006.

[3]GB11562-1994,汽车驾驶员前方视野要求及测量方法[S].

[4]GB11556-94,汽车风窗玻璃除霜系统的性能要求及试验方法[S].

[5]GB11565-89,轿车风窗玻璃刮水器刮刷面积[S].

[6]徐海峰,雷雨成.知识工程在轿车设计中的应用[J].城市车辆,2001(2)∶25-26.

[7]周一鸣,毛恩荣.车辆人机工程学[M].北京:北京理工大学出版社,1999.

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