基于知识的轿车视野校核系统研究与开发-车辆工程硕士论文

燕山大学 硕士学位论文 基于知识的轿车视野校核系统研究与开发 姓名：李华 申请学位级别：硕士 专业：车辆工程 指导教师：潘景昇;李卓森 20050401 摘要 摘要 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。在车身总布置期间如 何高效、准确、智能化地进行视野校核工作，减短设计周期，是目前汽车 行业研究的一个重点。因此开发专用于轿车视野校核的软件系统具有重要 的理论和实际意义。 本课题在总结分析轿车车身内部布置的基础上，以C A T I AV 5 软件为 平台，辅助以V i s u a lB a s i c 或C A T l A 本身提供的H o m eL a n g u a g e 语言为基 本语言和开发工具，运用汽车人体工程学的理论，在“基于知识的工程” ( K n o w l e d g eB a s e dE n g i n e e 曲g ) 理论指导下，开发了基于知识的轿车视野校 核系统专用软件。 该系统分为五大模块进行研究与开发：前方视野校核模块、前风窗刮 扫校核模块、仪表板盲区校核模块、A 立柱盲区校核模块、后视镜视野校 核模块。每个模块分别按照S A E 和G B 两种方法进行制作与实现。在制作 过程中结合“基于知识的工程”思想，使各个模块充分利用相关设计知识和 相关领域专家经验，采用C A T I AV 5 标准界面，利用二次开发实现专用的 工具条和图标，具有很强的人机对话能力，操作使用方便，初步实现了视 野校核系统的智能化，提高了轿车车身内部布置设计的工作效率，具有很 强的实践性。 最后结合北京某汽车设计公司开发的三种全新车型对该校核系统的实 用性和可靠性进行了检验，结果令人满意。 关键词汽车视野：基于知识的工程( K B E ) ；汽车人体工程学：车身内部布 置；视野校核；C A T I A V 5 摘要 A b s t r a c t A u t o m o b i l ev i s i b i l i t yi so n ei m p o r t a n ts e g m e n td u r i n gt h ep r o c e d u r eo f c a rb o d yg e n e r a ll a y o u t I td i r e c t l yi n f l u e n c e sr i d i n gr e l i a b i l i t ys a f e t y , a m e n i t y a n do p e r a t i o n a lc o n v e n i e n c e N o w a d a y sh o wt oc h e c kv i s u a lf i e l de f f i c i e n t l y , a c c u r a t e l ya n di n t e l l i g e n t l y , a n ds h o r t e nd e s i g np e r i o d i c i v ya r ea l le m p h a s i sf o r t h ep r e s e n ta u t o m o b i l er e s e a r c h S od e v e l o p m e n tt h es p e c i a ls y s t e mf o r a u t o m o b i l ev i s u a lf i e l di ss i g n i f i c a n t B a s e do ns u m m a r i z i n ga n da n a l y z i n gt h ew a y so fA u t o b o d yi n t e r i o r l a y o u t ，s u p p o r t e db yC A T I AV 5s o f t w a r ea sw o r k i n gp l a t f o r m ，u s i n gt h eV i s u a l B a s i cp r o g r a ml a n g u a g ea n dH o m e - L a n g u a g ei nC A T I AV 5 ，e m p l o y i n gt h e t h e o r i e so fM a n ，M a c h i n eE n g i n e e r i n g ，a n db e i n gd i r e c t e db yt h ek n o w l e d g e b a s e de n g i n e e r i n g ( K B E ) m e t h o d o l o g y ，t h i sp r o j e c td e v e l o p saC h e c kS y s t e m f o rA u t o m o b i l eV i S H a lF i e l d O nt h i sb a s e 。t h es y s t e ma r ed i v i d e di n t of i v em o d u l e s ：C h e c ko ff r o n t v i e w , C h e c ko f w i n d s h i e l dw i p e da r e a ，T h eo b s t r u c t e da r e ac h e c ko fI Pf o r m e d b ys t e e d n gw h e e l ，C h e c ko f b i n o c u l a r l yo b s t r u c t e da n g l eo f A p i l l a r ，a n dC h e c k o fr e a rv i s i o nf o ri n t e r i o ra n de x t e r i o rm i r r o r S E a c hm o d u l ei sb a s e do nS A E a n dG Bs t a n d a r d s A tt h es a m et i m e ，t h es y s t e mi n t e g r a t e st h et h e o r i e so fK B E ， s u f f i c i e n t l yu t i l i z e s c o r r e l a t i v ek n o w l e d g eo fd e s i g n ，a n du s eC A T I AV 5 s t a n d a r di n t e r f a c e T h es y s t e mi sg o o do fm a n c o m p u t e ri n t e r a c t i o na n dC a nb e u s e dc o n v e n i e n t l y T h i ss y s t e mb a s i c a l l yc o m e st Or e a l i z a t i o no fI n t e l l i g e n c e A tl a s t ，c o m b i n i n gw i t han e wc a rp r o j e c to fB e i j i n gi n t e r n a t i o n a ls c i e n c e a n dt e c h n o l o g yC o L t d ，t h i ss y s t e m i sp u tt oc h e c ki t sp r a c t i c a l i t ya n d f e a s i b i l i t y T h er e s u l ti Ss a t i s f a c t o r y K e y w o r d sV i s i o no fa u t o m o b i l e ；K n o w l e d g eb a s e de n g i n e e r i n g ；A u t o m o b i l e h u m a ne n g i n e e r i n g ；I n t e r i o rl a y o u t ；V i s i o nc h e c k ；C A T I AV 5 I l 第1 章绪论 第1 章绪论 当今世界是汽车工业高度发达的世界，汽车安全、节能与环保成为汽 车工业发展的三大问题。其中汽车安全是最重要、最根本的问题。美国联 邦机动车安全法规( F M V S S ) 把汽车安全分为主动安全、被动安全、事故发 生后的安全性。其中主动安全包括了汽车视野、汽车灯光、驾驶操作性、 操纵稳定性、汽车制动性、汽车轮胎和轮辋等。首当其冲，汽车视野安全 在整个主动安全性中占有相当重要的地位。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。 1 1 开发轿车视野校核系统的必要性 汽车作为一种便利省时的交通工具正F 1 益深入人们的生活，人们对汽 车的各种性能要求也不断提高。不仅要求汽车具有优美的造型、良好的动 力性、经济性和可靠的操纵稳定性，而且越来越要求有较好的视野性能。 即人们对舒适性的要求日渐增高。这就要求我们在汽车车身总布置过程中 充分应用人机工程学要求、合理布置空间和操纵机构，使大部分驾驶员能 在一定条件下阻最舒适的坐姿获得最方便的操纵环境、最好的视野性能。 因此，汽车视野校核工作在汽车车身内部布置设计中具有举足轻重的 作用。在初期车身内部布置进行此工作，不仅能判断驾驶员视野性的好坏 而且能根据校核结果及时评价和发现初期内部布置是否合理，以便及时更 改设计尺寸。但是汽车车身内部设计是一项复杂、繁琐、要求设计人员具 有丰富知识和经验的工作。而实际上我们的设计人员的年龄在逐渐的年轻 化，要求年轻的设计人员掌握像领域专家一样丰富的知识和经验是不现实 的。于是，如何准确、高效地进行此工作，下是亟待解决的问题。 应用计算机来辅助汽车设计制造是现在流行的设计方法。但是，国内 的计算机辅助设计很多还局限于比较简单的应用，甚至有的只是将计算机 作为出工程图纸的机器使用。随着科技的发展，大型的、通用的 第1 章绪论 C A D C A M C A E 软件已经广泛应用于专业设计，其效率是相当有限的。软 件的二次开发则能很好的解决这个问题。它一般是针对具体问题的需要， 选择适合的开发平台，然后根据专业需要开发出专业性更强的软件。 现在，解决这个问题的途径很多。“基于知识的工程”( K n o w l e d g eB a s e d E n g i n e e r i n g ，简称K B E ) 就是一种解决此类问题的方法。这种智能化设计系 统在实用中优势是很明显的，它可以实现产品的并行设计、系统维护容易、 简单实用、扩充方便，它的推广将会提高设计的精度、缩短产品设计开发 周期、节省人力物力。这些过程达到软件智能化，从而成为设计师的专家 顾问，指导设计师逐步去完成设计工作，以便更好的解决设计、生产中的 问题。 此外，虽然C A T I A 软件在国内汽车设计方面应用已较广泛，但是目前 国内还没有较全面的C A T I AV 5 版本的视野校核专用软件。而且这也正是 当今各大汽车设计部门研发的重点方向之一。 因此，开发专用于轿车视野校核的计算机辅助软件是十分必要的。 1 2 基于知识的工程( K B E 系统) 1 2 1K B E 系统概述 基于知识的工程( K n o w l e d g eB a s e dE n g i n e e r i n g ) ，简称K B E 系统是一 门关于知识的自动化处理和应用技术在工程领域的应用学科。它在理论上 主要研究如何对领域知识进行自动化处理，从而可以智能地被用来解决实 际工程问题。在实际应用中，它主要涉及领域知识自动化处理的集成化智 能软件系统的结构和设计方法。对领域知识进行自动化处理包括知识的获 取、表达、管理、协调和应用等。它在领域专家知识的基础上模拟专家的 思维来解决实际问题，并且能够进行知识的积累和更新【I1 2 J 。 基于知识的工程在工程领域的重要应用之一是用于智能化设计，这样 的K B E 系统常常是大型C 觥A M C A E 系统、领域知识库、推理机、三 维数据模型库、数据库的集成。其核心技术是领域专家知识的获取和表达， 对领域专家知识的应用( 设计和推理) 以及知识库的管理和维护等。因此， 2 第1 章绪论 K B E 智能化设计系统既是一种实用的自动化、智能化工具，同时又体现了 一种崭新的工程设计思想。K B E 智能化设计系统不仅能对设计方法和设计 过程进行知识的获取和构造，而且能对设计方法和设计过程重新定义。在 K B E 智能化设计系统环境中可以产生真正意义上的虚拟产品模型。虚拟产 品模型不仅包含产品的几何信息，如：点、线、面、实体、尺寸、位茕和 约束等，而且还包括非几何信息，如：重量、材料、性能、造价、设计规 范和生产工艺等。当用户的设计要求发生改变或设计规则发生改变时，系 统利用推理机可以快速搜索产品动态结构树，找出设计入口，重新设计并 生成新的产品模型，然后根据实际情况更新静态结构树。虚拟产品产生后， 就可以被用来进行产品评价p 4 1 。 K B E 系统结构图，如图1 - 1 所示。 人机交互界面 0； 仆析 练 知讨 库 + 知识库 图1 - 1K B E 系统结构图( 控制线一数据线) F i g 1 - 1 F r a m e w o r ko f K B Es y s t e mf - C o n t r o ll i n e 一D a t al i n e ) 1 2 2K B E 系统在视野校核中的应用意义 K B E 技术能够用于解决许多工业领域的设计问题，如空气动力学问 题，汽车产品设计和建筑系统等方面。根据以往的设计经验，汽车产品的 设计可分为概念设计、总成设计和零部件设计等几个阶段，而且这几个阶 3 第l 章绪论 段往往重复交叉进行。如果后序设计中发现概念设计不合理，则要重复修 改，耗时耗力。因此提高产品概念设计的可靠性和准确性就显得尤为重要， 而K B E 技术对于产品的概念设计具有其他C A D 设计方法无法比拟的优越 性【5 】，如 ( 1 ) 可以进一步大大缩短设计周期： ( 2 ) 有效节省人力物力； ( 3 ) 提高设计精度和准确性。 轿车车身视野校核需要大量的图形工具和图形产品来表达空间布置上 的问题，如果使用单一的“I F T H E N ”规则其实现较困难，且设计效果不佳。 而概念设计中轿车视野校核考虑因素多，没有系统的设计方法易出现设计 反复进行的现象，浪费时间、人力和物力。 由此可见，应用K B E 技术开发轿车视野校核系统的专用软件，具有非 常重要的意义。 1 3 国内外研究现状 由于汽车视野在汽车主动安全中所占的重要地位，使得各汽车制造厂 家和研究机构投入了大量的技术来研究汽车视野及相关性能。其中，美国、 日本和欧洲在汽车视野方面的研究走在了世界的前列f 6 l 。在日本，丌展视 野研究工作已有很长时间，研究也相当全面，其研究领域涉及医学、生理 学、心理学等学科，并且充分地把视野研究与这些学科结合起来，从各个 不同角度来研究汽车视野。美国的视野研究工作则是着眼于如何快速获得 车辆行驶时的有关信息，所以他们十分注意驾驶员对仪表板上所示信息的 易读性，以及转向盘对驾驶员造成的相对于仪表板的视野障碍。显示仪表 的易读性则是由判断时间，误读率与显示方式的关系决定的。欧、铡的视野 研究则更为直接。其研究重点是车辆静止时，驾驶员在正常驾驶位置时因 为车身结构因素造成的视野障碍。他们的研究目的则是直接为设计、生产 服务的，如车前板制件( 发动机罩、翼子板等) 、车顶支撑立柱( 主要是针对 A 立柱) 以及内外后视镜等如何设计才能更好的满足或改善视野性能。 我国对视野安全也非常重视，在我国的汽车标准体系中，强制性执行 4 第1 章绪论 标准的前五项均为视野及视野相关类项目，但视野的研究工作还不很全面。 目前，我国的视野工作还仅限于测试技术的应用与研究，也就是按国家标 准对汽车的视野性能进行测试试验，并对关键测试技术进行实验研究。中 国汽车技术研究中心视野研究室开发了视野测试用的专门软件，配合三坐 标测量仪，能较好地完成视野测试工作。此外，汽车质量监督检验中心利 用激光经纬仪开发了一套激光视野测量仪，也可以满足视野测试要求。另 外，我国的某些高校，在视野设计C A D 方面也开展了研究，取得了若干 研究成果。但是，目前我国的视野安全方面的研究还远远不够，随着汽车 技术的发展，对汽车视野的要求会愈来愈严格。随着汽车视野安全法规的 日益完善，也必将推动汽车工业在视野安全方面更全面的发展，从而推动 整个汽车工业的发展。 基于知识的工程( K B E ) 技术是工程自动化设计方法的较高发展阶段。 其出现于八十年代初期，发展于九十年代，而K B E 与C A D 技术相结合却 是近二十年来的计算机科学技术发展的重要产物。目前，K B E 在汽车设计 领域已经得到了成功的应用。美国福特汽车公司的K B E 部门现在正在不断 扩大他们的产品开发规模和能力，如美国通用这样的大公司也在这些方面 投入了巨大的开发力量。在国内，专家系统技术大部分应用在汽车的故障 诊断上，而在汽车设计中。主要是应用到汽车总成或者局部零件的设计等 方面，但是关于轿车车身设计方面的比较少，有的也只是轿车车身表面曲 面的造型设计【7 1 。国内在C A D 辅助汽车设计方面无论是计算机建模还是 分析都比以前有了很大的发展，但是距离达到智能化、自动化、集成化的 设计还有一定距离。K B E 应用于汽车设计丌发领域将会是今后的发展趋 势。 1 4 研究内容简介 汽车人体工程学是汽车工程学的一个重要分支，汽车内部布置是汽车 人体工程学在汽车设计中的具体运用之一，汽车视野设计则是汽车内部布 置的重要内容 8 - 1 1 】。本课题的内容主要是在前届同学开发的轿车车身内部 布置软件的基础上，以某协作单位提供的C A T I AV 5 软件为支撑，通过其 5 第1 章绪论 自身的A P I 接口对其进行开发，最终形成“基于知识的轿车视野校核系统” 开发软件。 本系统包括五大模块：前方视野校核模块；前风窗刮扫校核模块；仅 表板盲区校核模块；A 立柱盲区校核模块；后视镜视野校核模块。该系统 分别以S A E ( S o c i e t yo f A u t o m o t i v eE n g i n e e r i n g ) 、G B ( 国家标准) 两种方法进 行制作与实现。 本文首先介绍了轿车视野的基本理论，然后详细阐述了该五大模块的 开发流程。最后，以某汽车设计公司开发的三种全新车型项目作为系统应 用的实例，校核完毕与相关要求进行对比，以验证本系统的实用性和可行 性。 由于该系统涉及的内容较多，而时间和现实条件有限，所以对轿车视 野校核的实现方法和总结还不够全面和准确，如A 立柱盲区视野的国标 G B 实现方法还没有得到很好的实现；另外由于C A T I A V 5 软件自身的功能 繁多，面向的行业范围广，并非一个汽车行业的专门设计软件，如何更全 面的、有效的使用其自身的开发环境或通过V B 、V C 开发它的功能也是一 个待于研究的问题，因此本系统是在C A T I A V 5 环境下，实现K B E 系统方 法在轿车视野校核系统软件开发中应用的初步尝试，还有待于课题后续工 作的完善和提高。 6 第2 章课题开发系统简介 第2 章课题开发系统简介 2 1 系统的支撑环境 2 1 1 系统的硬件环境 2 1 1 1 主机C P U ，至少主频1 4G ；内存，至少为3 8 4M B ；正确支持 O p e n G L 的3 D 专业图形卡，至少显存6 4M B ；显示器，C R T ，1 7i n c h 以 上，分辨率1 2 8 0 9 6 0 ，L C D ，1 6 英寸以上，分辨率1 2 8 0 9 6 0 。 2 1 1 2 外设标准3 D 鼠标和键盘，高效能的7 2 0 0 转硬盘且至少l OG 以 上空间。 2 1 2 系统的软件环境 2 1 2 1 图形支撑软件 W I N 2 0 0 0w i t hs p 4 以上版本的操作系统， O f f i c e 2 0 0 0 办公软件，V i s u a lB a s i c6 0 以上编译环境。 2 1 2 2 图形支撑软件C A T I AV 5R 1 0 以上版本。 C A T I AV 5 是法国达索公( D a s s a u l tS y s t e m ) 经过重新编写软件核心， 全新推出的高级计算机辅助设计、制造和分析软件【12 1 。它是一个基于 W i n d o w s 核心重新开发的新一代高端C A D C A M 软件系统，充分发挥了 W i n d o w s 的特点，满足了很多希望使用W i n d o w s 平台客户的要求。具有良 好的发展前景，代表着C A D C A M 未来发展的方向。它不仅具有V 4 版本 的强大功能，还通过W i n d o w s 操作系统提供人性化操作界面，可以说是未 来晟有潜力的C A D 软件。因此广泛应用于航天、汽车、造船和电子设备 等行业。 C A T I AV 5 软件提供的模块众多，功能强大。本系统主要采用了其中 的G S D ( G e n e r a lS h a p eD e s i g n ) 、A S D ( A s s e m b l yD e s i g n ) 和K W A ( K n o w l e d g e A d v i s o r ) 等模块。C A T I A V 5 的技术特点如下： ( 1 ) C A T I AV 5 先进的混合建模技术包括设计对象的混合建模，无论 是实体还是曲面，做到了真正的交互操作：变量和参数化混合建模，设计 7 第2 苹课题开发系统简介 者不必考虑如何参数化设计目标，C A T I A 提供了变量的驱动及后参数化能 力：几何和智能工程混合建模，对于一个企业，可以将企业多年的工作经 验积累到C A T I A 的知识库中，用于指导本企业新手，或指导新车型的开发， 加速新型号推向市场的时间。 ( 2 ) C A T I AV 5 方便的后期修改性无论是实体建模还是曲面造型，由 于C A T I AV 5 提供了智能化的树结构，用户可方便快捷地对产品进行修改， 即使是在设计的最后阶段需要做重大的修改，或者是对原有方案的更新换 代，对于C A T I A 来说，都是非常容易的事。 ( 3 ) C A T I Av 5 所有模块的相关性C A T I A 的各个模块基于统一的数据 平台，各个模块存在着真正的全相关性，而且它的三维模型的修改，能完 全体现在二维工程图、有限元分析、模具设计和数控加工的编程中。 H ) C A T I Av 5 支持知识工程一协助建立企业知识库C A T I A 提供了一 个独一无二的软件框架一知识工程架构。C A T I AV 5 的知识工程体现为系 列智能化软件，包括知识工程顾问、知识工程专家、产品知识模板、业务 流程知识模板和产品工程优化等产品。 ( 5 ) C A T I A V 5 提供了很强的二次开发接口C A T I A 接1 2 1 通过两种方式 与外部程序通信 1 3 , 1 4 1 ：进程内应用程序O n P r o c e s sA p p l i c a t i o n ) 方式和进程 外应用程序( O u t - P r o c e s sA p p l i c a t i o n ) 方式。 在进程内应用程序( I n P r o c e s s A p p l i c a t i o n ) 方式下，C A T I A 软件与脚本 运行在同一进程地址空间，就是宏( M a c r o ) 方式。在C A T I A 环境下通过菜 单纪录宏( R e c o r dM a c r o ) ，生成V B 脚本( V i s u a lB a s i cS c r i p t ) 序列，当宏开 始运行，C A T I A 就处于激活状态，因此可以宏调用之间存储变量的值，这 种方式比较简单易行，在C A T l A 环境下就可以完成。 在进程外应用程序( O u t P r o c e s sA p p l i c a t i o n ) 方式下，C A T I A 与外部应 用程序在不同进程地址空间运行，即C A T I A 自动化( A u t o m a t i o n ) 方式。在 C A T I A 运行的情况下，外部进程可以通过接口驾驭C A T I A ，创建、修改 C A T I A 环境和几何数据、尺寸等。C A T I A 使用基于C O M ( C o m p o n e n tO b j e c t M o d e l ，组件对象模型1 技术的自动化( A u t o m a t i o n ) 提供二次开发接口。C O M 环境是一种二进制兼容规范，使不同语言( V B 、V C 、J a v a 、F o r t r a n 以及 8 第2 章课题开发系统简介 C A T I A 自身提供的开发语言H o m eP a g eL a n g u a g e ) 开发的组件在二进制可 执行代码基础上相互通信，增强了代码的重用，提供对外访问接口 ( I n f e r e n c e ) 。 C A T I A A u t o m a t i o n 描述见图2 1 所示。 图2 1C A T I Aa u t o m a t i o n 描述 F i g 2 1D e s c r i p t i o no fC A T I A a u t o m a t i o n 从图2 1 可以看出，使用A u t o m a t i o n 技术，C A T I A 可与外部应用程序 共享对象，向V B 、V C 等开发工具和V B 脚本、J a v a 脚本语言以及H T M L 等语言提供编程接口，同时也可访问外部应用程序对象。 本课题开发的系统中，就是利用上述两种方式的结合进行C A T I A 的二 次开发。通过进程内应用程序( I n P r o c e s sA p p l i c a t i o n ) 方式实现各个模块的 调入与对话框的建立。通过进程外应用程序( O u t P r o c e s s A p p l i c a t i o n ) 方式， 利用V B 和C A T l A 自身提供的H o m eP a g eL a n g u a g e 语言编程，结合知识 工程模块中的参数、公式、规贝, l j ( R u l e s ) 、检查( C h e c k s ) 、报告( R e p o r t s ) 等功 能把标准规则和专家经验知识融入系统中，步步指导设计人员进行设计 校核工作，当与规则相违背和发生冲突时会提出警告和相应的设计要求和 建议，直到问题解决。 2 2 系统内容简要 本系统主要内容分为两大部分：轿车视野校核系统的基础工具；基于 9 翌：雯堡里茎茎至竺箜尘 知识的轿车视野校核五大模块。该系统以S A E 和G B 方法两种方法实现。 系统内容简要如下图2 2 所示。 轿 - - 1前方视野 校 - 4前风窗刮扫 车 核 仪表扳盲区 视 模 野 一 A 立柱盲区 块 校 L 一后视镜视野 核 工 系一 具 统 图2 2 系统内容简要 F i g 2 - 2B r i e f o f t h es y s t e m 2 3 系统功能简介 2 _ 3 1 校核工具 2 3 1 1S A E 工具 ( 1 ) 眼椭球 所用标准：S A EJ 9 4 1S E P 2 0 0 2 M o t o rV e h i c l eD r i v e r SE y eL o c a t i o n s 所需参数：百分位选择( 9 5 t h 百分位或9 9 t h 百分位) ； 踏板参考中心点P R P ( P e d a lR e f e r e n c eP o i n t ) 的x 坐标L 1 ； 转向盘中心至P R P 点的水平距离L 6 ； H 点和A H P ( A c c e l e r a t o rH e e lP o i n t ) 点垂直距离H 3 0 ； H 点的Y 坐标W 2 0 ； A H P ( 踵1 点的Z 坐标H 8 ； 传输类型t ( 有离合踏板时为1 ，无离合踏板时为O ) 。 输出结果：在轿车车身内部布置完成9 5 t h 百分位或9 9 t h 百分位的驾 驶员眼椭球定位。 1 0 第2 章课题开发系统简介 ( 2 ) 眼点 所用标准：S A EJ 9 4 1S E P 2 0 0 2 M o t o rV e h i c l eD r i v e r sE y eL o c a t i o n s 所需参数：同上。 输出结果：完成9 5 t h 百分位或9 9 t h 百分位的驾驶员眼点定位。 2 3 1 2G B 工具 ( 1 ) V 点、E 点 所用标准：G B l l 5 6 2 9 4 汽车驾驶员前方视野要求及测量方法 V 点：是表征驾驶员眼睛位真的点，它与通过驾驶员乘坐位置中心线 的纵向铅垂平面、R 点及设计座椅靠背角有关。此点用于检查汽车视野是 否符合要求。通常用v I V 2 两点表示v 点的不同位置。 E 点：指驾驶员眼睛的中心( 简称“眼点”) ，E l ，E 2 ( E 3 ，E 4 ) 分别为头部中心 点P 在P l ( P 2 ) 位置时的左右两只眼点，它们用于评价A 柱视野障碍。 所需参数：驾驶员H 点坐标( L 3 1 ，W 2 0 ，H 7 0 ) ； 座椅靠背角( A 4 0 ) ； 输出结果：在轿车车身内布置完成v 点，E 点定位。 ( 2 ) G B 校核后视野用眼点 这里所说的眼点是简化后的眼点。即通过驾驶员R 点作一个平行于汽 车纵向基准面的平面。从该平面内驾驶员R 点竖直向上6 3 5r a i n 处，作垂 直于该平面的一条直线段。在直线段与该平面交点的两侧各3 2 5m m ( 总距 离为6 5m m ) 处作两个点，即为驾驶员的眼点。 所需参数：同上。 输出结果：在轿车车身内布置后视野校核用眼点的定位。 2 3 2 视野校核模块 2 3 2 1 前方视野校核模块 ( 1 ) S A E 方法 所用标准：S A EJ 1 0 5 0J A N 2 0 0 3 D e s c r i b i n ga n dM e a s u r i n gT h eD r i v e r s F i e l do fV i e w 所需参数：眼椭圆模块的各个参数( 如上) ； 第2 章课题开发系统简介 前风窗数据： 引擎罩数据； f 2 ) G B 方法 所用标准：G B l l 5 6 2 9 4 汽车驾驶员前方视野要求及测量方法 所需参数：同上。 输出结果：根据透明区边界，确定出前方交通灯视野，前方水平视野， 输出校核结果。并给出相应法规要求从而判断结果是否满足要求。 2 3 2 2 前风窗刮扫校核模块 ( 1 ) S A E 方法 所用标准：S A EJ 9 0 3M a y l 9 9 9 P a s s e n g e rC a rW i n d s h i e l dW i p e rS y s t e m 所需参数：左、右刮水器转轴中心线； 左、右刮臂的起始角、终止角： 雨刮臂长度； ( 2 ) G B 方法 所用标准：G B l l 5 5 6 ，9 4 汽车风窗玻璃除霜系统的性能要求及试验方法 所需参数：左、右刮水器转轴中心线数摸； 左、右刮臂的起始角、终止角； 雨刮臂长度； 输出结果：系统将根据所输入的参数，根据S A E 或G B 方法自动确定 出前风窗上的A 、B 、( c ) N 的位置和范围，并求出实际的风窗刮扫区域范 围，然后分别计算出A 、B 、( C ) 区和实际刮扫区的面积，并计算出各个区 域净刮率，最后在信息栏中将结果输出。 2 3 2 3 仪表板盲区校核模块 ( 1 ) S A E 方法 所用标准：S A EJ 1 0 5 0J A N 2 0 0 3 D e s c r i b i n ga n dM e a s u r i n gT h eD r i v e r s F i e l dO f V i e w 所需参数：转向盘内、外径； 转向盘倾角( 两个方向) ； 转向盘中心坐标； 1 2 第2 章课题开发系统简介 输出结果：确定出转向盘轮缘在仪表板工作平面上的障碍区域，以确 定该盲区是否妨碍驾驶员观察仪表。 2 3 2 4A 立柱盲区校核模块 ( 1 ) S A E 方法 所用标准；S A EJ 1 0 5 0J A N 2 0 0 3 D e s c r i b i n ga n dM e a s u r i n gT h eD r i v e r S F i e l dO f V i e w 所需参数：A 柱截面最外侧点( H i 点水平面上A 立柱截面的最外侧边 界点) 的坐标；A 柱截面最内侧点( 眼点水平面上A 立柱截面 的最内侧边界点) 的坐标； ( 2 ) G B 方法 所用标准：G B l l 5 6 2 9 4 汽车驾驶员前方视野要求及测量方法 所需参数：同上。 输出结果：根据S A E 标准和国标G B 的规定，系统自动求出A 立柱形 成的盲区，确定出双目障碍角，并输出校核结果。 2 3 2 5 后视镜视野校核模块 f 1 ) S A E 方法 所用标准：S A EJ 8 3 4 aP a s s e n g e rC a rR e a rV i s i o n ， 所需参数：镜面转动中心坐标； 镜面有效矩形面积的长度、高度； 镜面倾角( 两个方向) ； 镜面曲率半径( 球面镜) ； ( 2 ) G B 方法 所用标准：G B l 5 0 8 4 9 4 汽车后视镜的性能和安装要求 所需参数：镜面转动中心坐标； 镜面有效矩形面积的长度、高度： 镜面倾角( 两个方向) ； 镜面曲率半径( 球面镜) ； 输出结果：根据S A E 和G B 的法规要求，系统自动求出车内、外后视 镜的视野区域，并输出校核结果。 13 第2 章课题开发系统简介 2 4 本章小结 本章首先介绍了该系统所需要的支撑环境，一是系统的硬件环境，即 计算机的硬件配置，二是系统的软件环境，即系统选用的软件平台C A T I A V 5 。并详细阐述了C A T I A V 5 的技术特点和它提供的二次开发强大功能。 其次介绍了系统的主要内容和功能。分为两个部分，第一为系统的基 本结构框架。第二为系统的功能介绍。按照校核基础工具模块和校核模块 两大部分进行说明。整个系统按照S A E 和G B 两种方法实现并详细阐述了 各个校核模块系统的功能实现过程，给出了需要用户输入的每个模块中涉 及到的影响参数，并具体给出了各个模块的输出结果。 1 4 第3 章轿车视野校核的基本理论 第3 章轿车视野校核系统的基本理论 3 1 眼椭球与眼点 三维的眼椭球模型来源于二维眼椭圆，S A E 标准里面把二维眼椭圆侧 视图、俯视图和后视图推广到三维空间就形成了眼椭球。 3 1 1眼椭圆的概念及意义 眼椭圆是由美国汽车工程师协会车身工程委员会人体模型分会提出的 术语。汽车驾驶员的眼椭圆是指不同身材的驾驶员按自己的意愿将座椅调 整到适意位置，并以正常的驾驶姿势入座后，他们的眼睛位置在车内坐标 系中的统计分布图形( 图3 1 ) 。由于三维正态分布的图形呈椭圆状，因此被 称为驾驶员眼椭圆( E y e l l i p s e ) 。它用来描述一群驾驶员以正常驾驶姿势就坐 时，眼睛在车内坐标系中的分布范围【l “。 俯视 图3 1 眼椭圆样板 F i g 3 lE y e l l i p s et e m p l e t 9 9 9 5 第3 章轿车视野校核的基本理论 三维的跟椭球模型来源于二维眼椭圆，S A E 标准里把二维眼椭圆侧视 图、俯视图推广到三维空间来就形成了眼椭球。驾驶员眼睛在车内坐标系 中的位置是进行视野设计与校核的基准，它是视野设计的工具。驾驶员眼 椭球的确立为研究汽车视野性能提供了科学的视野原点基准。 由于驾驶员身材、姿势及驾驶习惯的差异，视野原点不可能是某个固 定点，而应是某种形状的分布图形，不能简单的以平均身材驾驶员的眼睛 位置所在点作为汽车视野分析的视点基准。因此，在试验测定和统计分析 后，美国S A E 推荐使用标准眼椭圆这种统计概念的图形作为汽车视野设计 和校核的科学依据基准。 眼椭球( 圆) 在汽车视野设计与校核的应用中，眼椭圆通常是与视线联 合在一起的。因此要用视切比来定义眼椭圆的百分位f I “。所谓视切比即为 含跟椭圆的切线一方区域的眼睛数与切线上、下方区域的眼睛总数之比。 眼椭圆百分位实际上是落在视切线( 切平面) 的含眼椭圆一侧的眼睛的概 率。若以一切线切第P 百分位的眼椭圆，则落在切线含眼椭圆一方的眼睛 百分比为P ，而落在切线另一侧的百分比为( 1 0 0 一P ) ，如图3 2 所示为 9 5 t h 百分位眼椭圆视线，则看到此目标的驾驶员眼睛数为眼睛总数的9 5 ， 这是因为落在视线的含眼椭圆的一侧的概率为9 5 。 图3 - 2 眼椭圆的意义 F i g 3 - 2 T h em e i n go f e y e l l i p s e 1 6 第3 苹轿车视野校核的基本理论 驾驶员眼椭圆的建立为汽车视野设计和校核提供了科学依据，尤其在 汽车概念设计中占有重要地位。它是进行视野设计与研究的基准点。确定 汽车内外后视野区域、前风窗刮扫区域、A 立柱形成的盲区以及转向盘在 仪表板工作面上形成的盲区等都要用到眼椭圆。更重要的是，它可以使我 们在量的概念上( 以一定的百分位，或者以一定的概率) 对视野进行评价。 3 1 2 眼椭球模板及定位 驾驶员三维眼椭球是驾驶员眼睛位置在车身坐标系中等概率分布图形 形状的真实表达。它真实准确地描述了驾驶员眼睛位置在车身坐标系中分 布的情况。将每一个三维眼椭球向侧视图或俯视图投影，就得到了相应的 二维眼椭圆的侧视图和俯视图，即上面讲到的眼椭圆【1 7J ，见图3 3 所示。 在车身三维坐标系内，S A E 标准把二维眼椭圆的侧视图、俯视图推广 到三维空间来就形成了眼椭球。也就是驾驶员的眼睛三维坐标的等概率分 布图形是个椭球。在数学上，每个三维眼椭球也是用视切比来定义的，即： 每个三维眼椭球是由无数个平面所形成的包络面，每个平面都与眼椭球相 切，于是把空问分为包含三维眼椭球和不包含三维眼椭球两个部分。对于 P 百分位的眼椭球，其切平面的包含眼椭球一侧有P 的眼睛存在，另一侧 有( 1 0 0 P ) 的眼睛存在。 图3 - 3 三维眼椭球 F i g 3 - 3 T h r e ed i m e n s i o n a le y e l l i p s o i d 1 7 第3 章轿车视野校核的基本理论 3 1 2 1 眼椭球模板的制作根据S A EJ 9 4 1S E P 2 0 0 2 进行眼椭球模板的 制作。 ( 1 ) 根据座椅水平行程( T L l ) 1 1 8 a 9 1 及眼椭球百分位值，在表3 1 中选取合 适的轴长。如下所示： 表3 - 1眼椭球在三个方向上轴长( m m ) T a b 3 1T h ee y e l l i p s ea x i sl e n g t hO nt h r e ed i r e c t i o n s 座椅水平行程 9 5 t h9 9 t h L 2 3 ( 1 0 0 ，1 3 3 )( 1 3 3r 。c ) f 1 0 0 ，1 3 3 1 ( 1 3 3 ，。c 1 长度( x 11 7 3 82 0 6 42 4 2 12 8 7 1 宽度( 6 0 36 0 38 538 5 - 3 高度( z )9 3 4 9 3 41 3 2l1 3 2 1 ( 2 ) 确定眼椭球中心坐标( X c 、Y c 、Z c ) 。见式( 3 - 1 ) 。 X 。= L 1 + 6 6 4 + O 5 8 7 ( L 6 ) 一0 1 7 6 ( H 3 0 ) 一1 2 5 t Y c l5 w20一32-5(3-1) Y 仃= W 2 0 + 3 2 5 Z 。= H 8 + 6 3 8 + H 3 0 其中L 1 为踏板参考中心点P R P 的x 坐标： L 6 为转向盘中- I i , 至P R P 点的水平距离； H 3 0 为H 点和A H P 点垂直距离； W 2 0 为H 点的Y 坐标； H 8 为A H P ( I 醒) 点的Z 坐标i t 为传动类型( 有离合踏板时为1 ，无离合踏板时为0 ) ； ( 3 ) 俯视图中，左右眼椭球中心Y 坐标Y c l 与k 距离为6 5 m m ，中眼椭 球球心的Y 坐标Y 。为W 2 0 。 ( 4 ) 在侧视图中眼椭球长轴的倾角D = 1 2 。，前低后高的斜线为长轴。俯 视图与后视图中眼椭球均无倾角。按步骤( 1 ) 取轴长，即可获得眼椭球样板。 3 1 2 2 眼椭球在车身坐标系中的定位 ( 1 ) 确定H 点Y 坐标W 2 0 ，H 点和A H P 点垂直距离H 3 0 。 1 8 第3 章轿车视野校核的基本理论 ( 2 ) 确定A H P ( 踵) 点的z 坐标H 8 。 ( 3 ) 确定t 值( 1 或0 ) 。 f 4 ) 根据表2 选择不同百分位的眼椭球样板( 9 5 ，9 9 1 。 ( 5 ) 根据式( 3 1 ) ，进行各视图眼椭球的定位，即可完成眼椭球的空间定 位1 2 0 1 ，见图3 4 所示。 8 c - 平面 图3 4A 类汽车限椭圆的定位 F i g 3 4z y e l l i p s el o c a t i o ni