基于CATIA知识工程的手伸界面模板开发

张正祺 吴晓奇 代文辉

摘  要：本文提出了一种驾驶员手伸界面模板库的创建和调用方法。在CATIA V5环境下，利用其知识工程模块，结合简单的编程，创建参数化的且符合SAE标准的驾驶员手伸界面，并生成模板库。在以后的设计中调用模板，手伸界面可根据输入的总布置参数自动变化。该模板的创建和使用可大幅降低设计的重复性、提高效率，也为设计人员提供一种新的思路和方法。

关键词：知识工程;手伸界面

中图分类号：U462.2    文献标识码：     文章编号：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

驾驶员手伸界面是指驾驶员在一定约束条件下手能伸及的空间廓面，它能为设计人员在布置各种开关、旋钮时提供参考。在车身开发过程中，手伸界面常常被多次创建，浪费了大量时间，而通用模板的建立和调用不仅能够大幅提高设计校核的效率，还能降低输入手伸界面参数时

出错的风险。

CATIA是汽车车身设计中常用的三维设计软件，利用其知识工程模块创建模板，可满足不同设计者的需求，设计灵活性大、容易运用。数模设计和布置校核都在同一个软件中进行也可省去不同软件之间转换和更新数据的麻烦。

本文主要介绍在CATIA V5中驾驶员手伸界面模板库的开发及应用。

2    驾驶员手伸界面

驾驶员手伸界面是在驾驶员以正常姿势入座、身系安全带、右脚踩在加速踏板上、一手握住方向盘时另一手能伸及到的空间廓面，包括满手抓握界面、三指旋握界面和指尖触及界面。由于驾驶员座椅设计、自身伸及能力以及安全带束缚形式的不同，必然导致了手伸界面范围的不同。

SAE J287（2007年2月）将不同车内尺寸乘以影响系数得到通用布置因子G，以反映特定车辆的设计坐姿。其计算公式如式1所示：

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

其中車内尺寸的定义及标准适用的尺寸范围如表 1所示：

根据G值的不同，将手伸界面分为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>1.25七档，驾驶员男女比例又分为50/50、75/25、90/10三种，安全带又有两点式和三点式两种，共计42种组合，对应42张表格来描绘手伸界面范围。如表2对应G<-1.25、男女比例50/50、佩戴三点式安全带的手伸及范围，代表着在特定坐姿并佩戴三点式安全带的情况下，男女比例50/50的人群中95%的人三指旋握能触及到的最大范围，指尖触及的范围和满手抓握的范围分别在此基础上增加和减少50mm。

手伸界面上的点位于HR参照面前方，表中数值为手伸界面上的点到HR参照面的x向距离。HR参照面为平行于车辆坐标系yz面的平面，如果786mm-99G>L53（L53为SgRP到AHP的x向距离），则HR参照面为通过SgRP的平面，如果786mm-99G<L53则HR参照面位于AHP后方786mm-99G处。

3    手伸界面模板的开发

对比SAE J287（2007年2月）的42张手伸界面表格，可发现在G值范围相同、安全带形式相同，仅男女比例不同的情况下，手伸界面上的点除了x坐标不同，点的数量和y、z坐标都是相同的。也就是说模板库中可建立14个模板，将手伸界面的x坐标用参数驱动即可得到全部42个手伸界面。

本文以G<-1.25，三点式安全带的手伸界面为

例，介绍手伸界面模板的开发。

3.1   新建参数

在使用知识工程之前，需要确认勾选了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”命令创建参数：男女比例“Male to Female Ratio”、通用布置因子“G”、AHP点x坐标“L8”、SgRP点x坐标“L31”、SgRP点y坐标“W20”、SgRP点z坐标“H70”。接着可以从Excel中导入手伸界面上170个点的横坐标“x1”，“x2”，……，“x170”。

因为此模板对应的G值小于-1.25，为防止误输，在“Knowledge Advisor”模块中使用“Check”命令编辑警告，“Type of Check”为“Warning”，“Message”为："G" must less than -1.25。程序为：G<-1.25。这样当输入的“G”值大于等于-1.25时，程序会发出警告。

新建Driver Hand Control Reach 1-3.xls，将表 1中的数值逐列展开为第一行，SAE J287中佩戴三点式安全带、G<-1.25、男女比例75/20的手伸界面表格中的数值逐列展开为第二行，佩戴三点式安全带、G<-1.25、男女比例90/10的手伸界面表格中的数值逐列展开为第三行，如图1所示。因为手伸界面上的点在SgRP点的-x方向，所以表中的数值取了相反数。

在CATIA中使用“Design Table”命令为参数“x1”-“x170”赋值，使“x1”-“x170”能采用Excel中的三组数值。

使用“Rule”命令编辑如下规则：

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

使得当男女比例为50/50时使用第一组数据，男女比例为75/25时使用第二组数据，男女比例为90/10时使用第三组数据。

3.2   建立基准

将HR参照面、通过SgRP点的水平面、通过SgRP的纵向垂直平面三个面的交点定义为参照点“Reference Point”。在CATIA中新建点“Reference Point”，使用“Rule”命令来确定其坐标，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）应该为正数，为防止因输出参数错误导致SgRP点在AHP点前面的情况，使用“Check”命令，“Type of Check”为“Warning”，“Message”为：“L31” should be greater than “L8”。程序为：L31>L8。

用“Axis System”命令建立坐標系“Axis System.1”，原点选为新建的“Reference Point”。

3.3   创建手伸界面

在坐标系“Axis System.1”中新建点（x1，-400，800）、点（x2，-400，700）、点（x3，-400，600）、……、点（x170，600，-100），其中的“x1”-“x170”为参数变量，使用“Rule”或“Formula”命令将其与之前创建的参数关联。用“Spline”命令将每列和每行的点连成线，再用“Multi-Sections Surface”命令将线连成面，得到三指旋握界面。

创建点的时候，可以在CATIA的安装路径＼B18＼intel_a＼code＼command中找到文件“GSD_PointSplineLoftFromExcel.xls”，这是CATIA自带的一个批处理文件。在第一个“StartCurve”和“EndCurve”之间输入手伸界面上第一列点的坐标，第二个“StartCurve”和

“EndCurve”之间输入手伸界面上第二列点的坐标，以此类推。然后执行Excel的宏命令Feuil1.Main，输入“1”是创建Excel中的点，输入“2”会将每个“StartCurve”和“EndCurve”之间的点连成线，输入“3”则会利用创建的线形成多截面曲面。

将创建的三指旋握界面向-x方向平移50mm即可得到指尖触及界面，向+x方向平移50mm即可得到满手抓握界面，如图2所示：

3.4   创建模板库

使用“Document Template”命令创建文档模板，在“Published Parameters”中添加参数“Male to Female Ratio”、“G”、“L8”、“L31”、“W20”、“H70”这些参数，并命名为“男女比例”、“通用布置因子G”、“AHP点x坐标L8”、“SgRP点x坐标L31”、“SgRP点y坐标W20”、“SgRP点z坐标H70”。

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

复制模板“Driver Hand Control Reach 1-3.CATPart”，修改其参数，用类似的方法创建模板“Driver Hand Control Reach 4-6.CATPart”“Driver Hand Control Reach 7-9.CATPart”等。在“Save in Catalog”命令中选择“Update an existing catalog”，将这些模板也保存到“Driver Hand Control Reach.catalog”文件中形成模板库。

4    手伸界面模板的使用

在“Assembly Design”模块中点击“Catalog Browser”命令，选择刚创建的“Driver Hand Control Reach.catalog”文件。在“Parameters”中可选择不同男女比例的模板，也可输入其它参数用于手伸界面的定位，如图3，点击确定后得到如图2的三种手伸界面。