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1、 提 要 “基于 NX 的汽車視野檢測工具開發(fā)及方法研究”針對目前汽車安全問題的不斷提升和汽車企業(yè)縮短產(chǎn)品開發(fā)周期的需求，借助在現(xiàn)代車身設(shè)計(jì)中廣泛應(yīng)用的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，在 UG/NX 開發(fā)平臺(tái)上，運(yùn)用 UG/Open API、UG/KF、UI Component 等二次開發(fā)技術(shù)，完成了汽車駕駛員 360°范圍內(nèi)視野檢測工具的開發(fā)，并對車身 C 柱和發(fā)動(dòng)機(jī)罩的局部檢測方法進(jìn)行了研究。 本文開發(fā)的汽車整體視野檢測工具是在車身概念設(shè)計(jì)階段，對已滿足基本法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)的車身設(shè)計(jì)模型進(jìn)行前、后、側(cè)及立柱四部分的直接視野檢測，然后輸出相應(yīng)的測量值用于視野的評價(jià)。之后，文章又介紹了

2、C 柱和發(fā)動(dòng)機(jī)罩這兩個(gè)車身部件的視野檢測工作，并對其視野檢測方法進(jìn)行了研究。 本文通過研究汽車視野檢測，討論了基于 NX 的二次開發(fā)技術(shù)在車身設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，這種方法能夠簡化車身設(shè)計(jì)中的重復(fù)工作，從而提高車身的設(shè)計(jì)效率和設(shè)計(jì)質(zhì)量。通過對所開發(fā)模塊的測試，其測試結(jié)果驗(yàn)證了模塊的實(shí)用性， 也充分體現(xiàn)了該設(shè)計(jì)方法的優(yōu)勢。 本文討論的汽車視野檢測工具及方法已經(jīng)得到相關(guān)企業(yè)的使用認(rèn)可，并在實(shí)際設(shè)計(jì)中得到了應(yīng)用。 關(guān)鍵字：汽車，視野，NX，檢測 目 錄 II 第一章 緒論 1 1.1. 概述 1 1.2. 現(xiàn)代車身設(shè)計(jì)方法 1 1.3. 本文研究的意義及國內(nèi)外現(xiàn)

3、狀 4 1.3.1. 本文研究的意義 4 1.3.2. 本文的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 5 1.4. 本文研究的主要內(nèi)容 6 1.5. 本章小結(jié) 7 第二章 基于NX的車身開發(fā)關(guān)鍵技術(shù) 9 2.1. UG/NX軟件簡介 9 2.2. 二次開發(fā)技術(shù)—UG/Open API 10 2.3. 知識(shí)熔接技術(shù)—UG/KF 11 2.3.1. 知識(shí)熔接概述 11 2.3.2. 知識(shí)熔接語言 13 2.3.3. 知識(shí)熔接語言的語法實(shí)現(xiàn) 14 2.4. 全新的界面技術(shù)—UI Component 15 2.5. UDU(Unified Development Unit)開發(fā)環(huán)境 16 2.6.

4、 本章小結(jié) 17 第三章 汽車視野設(shè)計(jì)的基本理論 19 3.1. 任意駕駛位置時(shí)H點(diǎn)的位置線 19 3.2. 駕駛員眼橢圓與眼點(diǎn) 20 3.2.1. 眼橢圓的概念及定位 20 3.2.2. 眼點(diǎn)和頭部轉(zhuǎn)動(dòng)點(diǎn)的確定 24 3.3. 駕駛員視野和盲區(qū) 26 3.4. 整體視野檢測工具的設(shè)計(jì)原理 27 3.4.1. 地面線(Ground Line)的定義 27 3.4.2. 眼點(diǎn)的定義 28 3.4.3. H點(diǎn)及車身截面線的定義 31 3.4.4. 整體視野檢測的內(nèi)容 31 3.5. 本章小結(jié) 39 第四章 整體視野檢測工具的開發(fā) 41 4.1. 設(shè)計(jì)目標(biāo) 41 4.2

5、. 設(shè)計(jì)流程 42 4.2.1. 軟件開發(fā)的一般流程 42 4.2.2. 整體視野檢測模塊的設(shè)計(jì)流程 44 4.3. 程序的實(shí)現(xiàn) 48 4.3.1. KF與UI Component界面技術(shù)的結(jié)合 48 4.3.2. KF與UG/Open API的結(jié)合 49 4.4. 界面設(shè)計(jì)流程 51 4.5. 模塊功能的具體實(shí)現(xiàn) 51 4.5.1. 視野檢測的CAD操作 51 4.5.2. 視野檢測的核心算法 53 4.6. 模塊測試結(jié)果 55 4.7. 本章小結(jié) 59 第五章 局部視野檢測方法研究 61 5.1. C柱視野研究 61 5.1.1. 方法介紹 61 5.1.2.

6、 C柱處摩托車可見性研究 62 5.2. 發(fā)動(dòng)機(jī)罩視野研究 67 5.2.1. 方法介紹 67 5.2.2. 發(fā)動(dòng)機(jī)罩視野設(shè)計(jì)過程 67 5.2.3. 極值點(diǎn)求作方法 70 5.3. 本章小結(jié) 71 第六章 總結(jié)與展望 73 參考文獻(xiàn) 75 摘 要 I Abstract V 第一章 緒論 1.1. 概述 隨著國民經(jīng)濟(jì)的蓬勃發(fā)展，汽車已一躍成為當(dāng)前極為重要的交通運(yùn)輸工具。汽車工業(yè)在帶動(dòng)其他各行各業(yè)的發(fā)展中，也已日益顯示出其作為重要支柱產(chǎn)業(yè)的作用。在擴(kuò)大汽車的服務(wù)領(lǐng)域和滿足各方面多樣化要求的前提下，作為汽車上三大總成之一的車身，已后來居上

7、越來越處于主導(dǎo)地位。綜觀世界汽車工業(yè)沿革，可以看出，現(xiàn)代汽車是沿著“底盤”－“發(fā)動(dòng)機(jī)”－“車身”逐步發(fā)展完善過來的。這個(gè)發(fā)展過程不以人們的主觀意志為轉(zhuǎn)移，而在很大程度上取決于當(dāng)時(shí)的科學(xué)技術(shù)水平和物質(zhì)生活條件。由于汽車與人們的日常生活息息相關(guān)，為了適應(yīng)各種不同目的和用途乃至車輛的更新?lián)Q代等，其關(guān)鍵在于車身。 國內(nèi)外汽車生產(chǎn)的實(shí)踐一再表明：整車生產(chǎn)能力的發(fā)展取決于車身的生產(chǎn)能力；汽車的更新?lián)Q代在很大程度上也決定于車身；在基本車型達(dá)到飽和的情況下，只有依賴車身改型或改裝才能打開銷路。凡此等等都足以說明，汽車工業(yè)發(fā)展到今天成為重要的支柱產(chǎn)業(yè)，重中之重非車身莫屬[1]。 汽車車身設(shè)計(jì)涉及諸多學(xué)科，它

8、是一種技術(shù)密集和勞動(dòng)密集相結(jié)合的產(chǎn)品。在汽車車身的開發(fā)過程中，空間關(guān)系和約束關(guān)系復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)方法和評價(jià)指標(biāo)模糊，設(shè)計(jì)方案具有多解性、經(jīng)驗(yàn)性和綜合性的特點(diǎn)。對于汽車企業(yè)來說， 為了能夠迅速及時(shí)地開發(fā)出滿足顧客需求的新車型，就必須改進(jìn)傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，在車身開發(fā)方面采用先進(jìn)的設(shè)計(jì)制造技術(shù)，從而達(dá)到提高車身設(shè)計(jì)效率， 縮短車身開發(fā)周期的目的。 1.2. 現(xiàn)代車身設(shè)計(jì)方法 現(xiàn)代車身設(shè)計(jì)通常分為概念設(shè)計(jì)(Concept Design)和工程設(shè)計(jì)(Engineering Design)兩階段來進(jìn)行。目前越來越多的設(shè)計(jì)方法被應(yīng)用到概念設(shè)計(jì)階段，如 6 CIMS(Compute

9、r-Integrated Manufacturing System)、FMS(Flexible Manufacturing System)、VM(Virtual Manufacturing)等。在車身設(shè)計(jì)的全過程中，概念設(shè)計(jì)的作用十分重要。通過概念設(shè)計(jì)基本上就能確定車身的結(jié)構(gòu)形式和參數(shù)，這些參數(shù)直接影響后續(xù)設(shè)計(jì)的正確性和周期，減少重復(fù)設(shè)計(jì)。而且，概念設(shè)計(jì)的成本約占總設(shè)計(jì)成本的 70%，對整車成本構(gòu)成的比重影響較大。在這一階段中， 其設(shè)計(jì)變動(dòng)是最容易的，花費(fèi)也是最少的，而對產(chǎn)品成本的影響卻是最大的。而且，通過多個(gè)領(lǐng)域的共同參與，提出相關(guān)的建議或意見，對設(shè)計(jì)進(jìn)行反復(fù)修改，就可減少或避免后續(xù)返工。此

10、外，還能更早地和更準(zhǔn)確地預(yù)測產(chǎn)品成本并考慮諸如產(chǎn)品成本的優(yōu)化等問題[2]。 圖 1.2-1 所示為現(xiàn)代車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)流程圖[3]。 圖 1.2-1 現(xiàn)代車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)流程圖 現(xiàn)代車身設(shè)計(jì)提出并采用并行工程進(jìn)行協(xié)同設(shè)計(jì)的方法。并行工程要求設(shè) 第一章 緒論 計(jì)過程的并行和集成，是一種以工作空間的展開換取工作時(shí)間縮短的方式來處理復(fù)雜系統(tǒng)的方法。與傳統(tǒng)的串行方式相比，使用并行工程進(jìn)行協(xié)同設(shè)計(jì)的方法縮短了對復(fù)雜問題交互式求解的周期，能夠促使設(shè)計(jì)者盡快設(shè)計(jì)出令人滿意的產(chǎn)品。這種方法在設(shè)計(jì)的早期就考慮車身的可制造性、可裝配性、可維護(hù)性， 能夠有效地降低車身產(chǎn)品重新設(shè)計(jì)的次數(shù)，

11、縮短車身開發(fā)周期，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量， 降低設(shè)計(jì)成本。對于車身部件來說，設(shè)計(jì)過程包括如下設(shè)計(jì)活動(dòng)的集成：滿足性能要求的車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案可以為工藝設(shè)計(jì)接受和共享；在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中能夠考慮到制造過程對產(chǎn)品的約束，并對產(chǎn)品進(jìn)行可制造性分析和評價(jià)；工藝設(shè)計(jì)能對結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出反饋意見，對設(shè)計(jì)進(jìn)行恰當(dāng)?shù)男薷摹? 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)是應(yīng)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)信息處理的總稱，它的核心任務(wù)是建立數(shù)字化模型。在國際汽車工業(yè)中，自上世紀(jì) 60 年代起即開始采用CAD。它改變了傳統(tǒng)的產(chǎn)品開發(fā)模式，在新車型投入試制前，加入了圖面檢查、性能預(yù)估和結(jié)構(gòu)分析，提高了設(shè)計(jì)的可信度，減少了產(chǎn)品開發(fā)過程中試制和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的反復(fù)次數(shù)，從而降低了產(chǎn)

12、品研制費(fèi)用，縮短了產(chǎn)品開發(fā)周期，提高了產(chǎn)品質(zhì)量。國內(nèi)汽車工業(yè)在上世紀(jì) 70 年代也開始將計(jì)算機(jī)用于汽車設(shè)計(jì)， 如用有限元計(jì)算車架強(qiáng)度，它大大地加快了我國汽車工業(yè)發(fā)展的步伐。 CAD 在汽車設(shè)計(jì)中的廣泛應(yīng)用，使得現(xiàn)代車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程呈現(xiàn)以下特點(diǎn)： (1) 設(shè)計(jì)與分析并行：車身結(jié)構(gòu)分析滲透于設(shè)計(jì)的各個(gè)階段，從開始的構(gòu)造選擇，為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出具體的性能參數(shù)要求，到設(shè)計(jì)方案的比較確定，設(shè)計(jì)方案的模擬實(shí)驗(yàn)。此試制而成的樣車只需一定的驗(yàn)證即可定型，使車身研制周期大大縮短。 (2) 優(yōu)化思想存在于設(shè)計(jì)各階段：為達(dá)到輕量化、舒適性、安全性的要求， 必須在設(shè)計(jì)的開始階段就引入尋優(yōu)思想，并貫穿于整個(gè)設(shè)計(jì)階段。

13、 (3) 大量的虛擬實(shí)驗(yàn)代替實(shí)物實(shí)驗(yàn)：虛擬實(shí)驗(yàn)不僅可以在沒有實(shí)物的條件下進(jìn)行，而且實(shí)施迅速、信息量大。利用虛擬實(shí)驗(yàn)一方面減少了設(shè)計(jì)的盲目性， 另一方面易于及早發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中的問題，減少了設(shè)計(jì)成本，縮短了開發(fā)周期，形成了汽車車身開發(fā)的新思路[4]，如圖 1.2-2 所示。 圖 1.2-2 汽車車身設(shè)計(jì)新思路 1.3. 本文研究的意義及國內(nèi)外現(xiàn)狀 1.3.1. 本文研究的意義 當(dāng)今汽車工業(yè)的高速發(fā)展，使人們越來越重視汽車安全問題。美國聯(lián)邦機(jī)動(dòng)車安全法規(guī)(FMVSS)把汽車安全分為主動(dòng)安全、被動(dòng)安全和事故發(fā)生后的安全性。其中主動(dòng)安全包括了汽車視野、汽車燈光、駕

14、駛操作性、操縱穩(wěn)定性、汽車制動(dòng)性、汽車輪胎和輪輞等。首當(dāng)其沖，汽車視野安全在整個(gè)主動(dòng)安全性中占有相當(dāng)重要的地位。汽車視野性能直接影響到汽車的行駛安全性、乘坐舒適性及操作方便性，是汽車車身總布置設(shè)計(jì)過程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)[5]。 隨著汽車日益深入人們的生活，人們對汽車各項(xiàng)性能的要求也不斷提高。不僅要求汽車具有優(yōu)美的造型、良好的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和可靠的操縱穩(wěn)定性， 而且越來越要求有較好的視野性能。這就要求車身設(shè)計(jì)人員在汽車車身總布置過程中充分應(yīng)用人機(jī)工程學(xué)要求，合理布置空間和操縱機(jī)構(gòu)，使大部分駕駛員能在一定條件下以最舒適的坐姿獲得最方便的操縱環(huán)境和最好的視野性能。因此，汽車視野檢測工作在汽車車身內(nèi)部

15、布置設(shè)計(jì)中具有舉足輕重的作用。在初期車身內(nèi)部布置進(jìn)行此工作，不僅能判斷駕駛員視野性的好壞，而且能根據(jù)檢測結(jié)果及時(shí)評價(jià)和發(fā)現(xiàn)初期內(nèi)部布置是否合理，以便及時(shí)更改設(shè)計(jì)尺寸。 應(yīng)用計(jì)算機(jī)來輔助汽車設(shè)計(jì)制造是現(xiàn)在流行的設(shè)計(jì)方法。但是，國內(nèi)的計(jì) 第一章 緒論 算機(jī)輔助設(shè)計(jì)很多還局限于比較簡單的應(yīng)用，其效率是相當(dāng)有限的。軟件的二次開發(fā)能很好的解決這個(gè)問題。它一般是針對具體問題的需要，選擇適合的開發(fā)平臺(tái)，然后根據(jù)專業(yè)需要開發(fā)出專業(yè)性更強(qiáng)的軟件。本文以 UG/NX 軟件為二次開發(fā)平臺(tái)，進(jìn)行汽車視野檢測工具的設(shè)計(jì)與開發(fā)，并對局部視野檢測方法進(jìn)行了研究。UG/NX 軟件是當(dāng)今世界上最先進(jìn)和最緊密集

16、成的，面向制造行業(yè)的 CAD/CAE/CAM 高端軟件。它在汽車設(shè)計(jì)領(lǐng)域的優(yōu)勢是顯而易見的。然而，雖然 UG/NX 軟件在國內(nèi)汽車設(shè)計(jì)方面應(yīng)用已較廣泛，但是目前還沒有較全面的 NX 版本的視野檢測專用軟件。而且這也正是當(dāng)今各大汽車設(shè)計(jì)部門研發(fā)的重點(diǎn)方向之一。 因此，開發(fā)專用于汽車視野檢測的計(jì)算機(jī)輔助軟件是很有應(yīng)用價(jià)值的。 1.3.2. 本文的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 由于汽車視野在汽車主動(dòng)安全中所占的重要地位，使得各汽車制造廠家和研究機(jī)構(gòu)投入了大量的技術(shù)來研究汽車視野及相關(guān)性能。其中，美國、日本和歐洲在汽車視野方面的研究走在了世界的前列[6]。在日本，開展視野研究工作已有很長時(shí)間，研究也相

17、當(dāng)全面，其研究領(lǐng)域涉及醫(yī)學(xué)、生理學(xué)、心理學(xué)等學(xué)科，并且充分地把視野研究與這些學(xué)科結(jié)合起來，從各個(gè)不同角度來研究汽車視野。美國的視野研究工作則是著眼于如何快速獲得車輛行駛時(shí)的有關(guān)信息， 所以他們十分注意駕駛員對儀表板上所示信息的易讀性，以及轉(zhuǎn)向盤對駕駛員造成的相對于儀表板的視野障礙。顯示儀表的易讀性則是由判斷時(shí)間，誤讀率與顯示方式的關(guān)系決定的。歐洲的視野研究則更為直接，其研究重點(diǎn)是車輛靜止時(shí)，駕駛員在正常駕駛位置時(shí)因?yàn)檐嚿斫Y(jié)構(gòu)因素造成的視野障礙。他們的研究目的則是直接為設(shè)計(jì)、生產(chǎn)服務(wù)的，如車前板制件(發(fā)動(dòng)機(jī)罩、翼子板等)、車頂支撐立柱(主要針對A立柱)以及內(nèi)外后視鏡等如何設(shè)計(jì)才能更好的滿足或改善

18、視野性能。 我國對視野安全也非常重視。在我國的汽車標(biāo)準(zhǔn)體系中，強(qiáng)制性執(zhí)行第一 章緒論標(biāo)準(zhǔn)的前五項(xiàng)均為視野及視野相關(guān)類項(xiàng)目，但視野的研究工作還不很全面。目前，我國的視野工作還僅限于測試技術(shù)的應(yīng)用與研究，也就是按國家標(biāo)準(zhǔn)對汽車的視野性能進(jìn)行測試試驗(yàn)，并對關(guān)鍵測試技術(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。中國汽車技術(shù)研究中心視野研究室開發(fā)了視野測試用的專門軟件，配合三坐標(biāo)測量 儀，能較好地完成視野測試工作。此外，汽車質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心利用激光經(jīng)緯儀開發(fā)了一套激光視野測量儀，也可以滿足視野測試要求。另外，我國的某些高校，在視野設(shè)計(jì) CAD 方面也開展了研究，取得了若干研究成果。但是，目前我國的視野安全

19、方面的研究還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，隨著汽車技術(shù)的發(fā)展，對汽車視野的要求會(huì)愈來愈嚴(yán)格。隨著汽車視野安全法規(guī)的日益完善，也必將推動(dòng)汽車工業(yè)在視野安全方面更全面的發(fā)展，從而推動(dòng)整個(gè)汽車工業(yè)的發(fā)展。 表 1-1 列出了汽車視野設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容和相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。目前，國內(nèi)外對于汽車儀表板、A立柱、遮陽帶、前風(fēng)窗和后視鏡等的視野設(shè)計(jì)研究比較全面[7-21]， 而對于汽車前方下視野、BC立柱、360°范圍內(nèi)視野評定等的研究比較少。本文將綜合應(yīng)用NX提供的車身開發(fā)技術(shù)，來研究C柱、發(fā)動(dòng)機(jī)罩及駕駛員 360 °范圍內(nèi)視野的設(shè)計(jì)問題。 表 1-1 汽車視野設(shè)計(jì)內(nèi)容 內(nèi)容 標(biāo)準(zhǔn) 后視鏡布置和視野檢查 GB 150

20、84 前方視野設(shè)計(jì) 確定前方上下視野角 - 確定車前路面盲區(qū) - 確定前風(fēng)窗透明區(qū) GB 11562 立柱視野設(shè)計(jì) 確定 A 柱障礙角 GB 11562 確定 B、C 立柱盲區(qū) - 前風(fēng)窗刮掃器布置和刮掃面積檢查 GB 11556 儀表板的視野設(shè)計(jì) - 確定遮陽帶的布置位置 SAE J100 駕駛員 360°范圍內(nèi)視野的評定 - 1.4. 本文研究的主要內(nèi)容 汽車人體工程學(xué)是汽車工程學(xué)的一個(gè)重要分支，汽車內(nèi)部布置是汽車人體工程學(xué)在汽車設(shè)計(jì)中的具體運(yùn)用之一，汽車視野設(shè)計(jì)則是汽車內(nèi)部布置的重要內(nèi)容[22-25]。本文討論并研究了基于NX的汽車

21、視野檢測工具的開發(fā)和C柱、發(fā)動(dòng)機(jī)罩視野的檢測方法。本文的主要內(nèi)容是以美國UGS公司的大型三維設(shè)計(jì)軟件UG/NX為開發(fā)平臺(tái)，結(jié)合汽車視野設(shè)計(jì)理論，利用C/C++語言及UG/NX提供的UF、KF等二次開發(fā)技術(shù)，對汽車駕駛員的前方視野、后方視野、側(cè)面視野以及A、B、C立柱障礙角等進(jìn)行測量，據(jù)此設(shè)計(jì)出一套汽車的整體視野檢 第一章 緒論 測模塊，并對已實(shí)現(xiàn)的C柱及發(fā)動(dòng)機(jī)罩視野檢測方法進(jìn)行了研究。 汽車的整體視野檢測工具按其檢測流程分為五大部分：定義眼點(diǎn)位置和汽車參數(shù)；創(chuàng)建 HP-Y，HP-X，HP-Z 或 0-Y 截面線；顯示創(chuàng)建的截面線；視野測量，包括前方上下視野角、發(fā)動(dòng)機(jī)罩

22、不可見距離及車前路面不可見距離的測量，側(cè)面視野測量，后方上下視野角、后備箱可見性及車后路面不可見距離的測量，A、B、C 立柱障礙角的測量；輸出測量結(jié)果。該模塊的開發(fā)可達(dá)到省時(shí)省力、快速方便地進(jìn)行汽車視野的校核工作，且在概念設(shè)計(jì)階段便可驗(yàn)證設(shè)計(jì)者設(shè)計(jì)的車身模型是否滿足一定的視野設(shè)計(jì)要求，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并進(jìn)行修改更新。 本文首先介紹了基于 NX 平臺(tái)的車身二次開發(fā)技術(shù)，主要應(yīng)用 UF、KF 和 C/C++語言。然后討論了汽車視野設(shè)計(jì)的基本理論。之后詳細(xì)闡述了整體視野檢測模塊的設(shè)計(jì)開發(fā)流程及內(nèi)容。最后，又對 C 柱和發(fā)動(dòng)機(jī)罩局部視野的檢測方法進(jìn)行了研究和介紹。 由于 UG/NX 系統(tǒng)是一個(gè)底層

23、非參數(shù)化的設(shè)計(jì)軟件，而參數(shù)化、變量化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和專家系統(tǒng)的開發(fā)又要求所有的參數(shù)都要實(shí)現(xiàn)真正的參數(shù)化設(shè)計(jì)。因此就要綜合利用多種 UG/NX 二次開發(fā)工具，并手工編寫一些 UG/NX 系統(tǒng)的補(bǔ)丁程序以達(dá)到真正、全部的參數(shù)化設(shè)計(jì)。所以對 UG/NX 二次開發(fā)工具的充分理解和運(yùn)用是本文研究內(nèi)容成功與否的關(guān)鍵。 1.5. 本章小結(jié) 汽車視野在汽車主動(dòng)安全中占居重要地位，也是汽車車身總布置設(shè)計(jì)過程中的重要環(huán)節(jié)。針對國內(nèi)外對汽車前方下視野、BC 立柱、360°范圍內(nèi)視野評定等研究較少，提出了本文的整體視野檢測工具的開發(fā)及局部視野檢測方法的研究等內(nèi)容。本章介紹了現(xiàn)代汽車車身設(shè)計(jì)方法、汽車視野檢測的

24、意義及國內(nèi)外研究現(xiàn)狀、本文的主要研究內(nèi)容等。 7 8 第二章 基于 NX 的車身開發(fā)關(guān)鍵技術(shù) 2.1. UG/NX 軟件簡介 Unigraphics(簡稱UG)是一個(gè)交互式的CAD/CAE/CAM系統(tǒng)軟件[26]。它匯集了航空航天與汽車工業(yè)的專業(yè)經(jīng)驗(yàn)，在國內(nèi)相關(guān)行業(yè)已得到了廣泛的應(yīng)用。UG的NX系列是當(dāng)前面向制造業(yè)的CA

25、D/CAE/CAM高端軟件之一。它集設(shè)計(jì)、分析和制造等功能于一體，為工程技術(shù)人員提供了豐富的三維圖形資源庫，可以用于機(jī)械制造領(lǐng)域的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)、計(jì)算機(jī)輔助分析(CAE)和計(jì)算機(jī)輔助制造(CAM)等方面。更為可貴的是UG/NX實(shí)現(xiàn)了上面三種功能的有機(jī)集成，可以實(shí)現(xiàn)虛擬產(chǎn)品的開發(fā)、精確裝配、加工仿真、運(yùn)動(dòng)仿真等過程，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)械設(shè)計(jì)和制造集成化，大大縮短了產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計(jì)周期，節(jié)省了大量的材料、資金和人力，給機(jī)械設(shè)計(jì)和加工帶來了革命性的變革[27]。 UG/NX軟件為工程設(shè)計(jì)人員提供了非常強(qiáng)大的應(yīng)用工具，這些工具可以對產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)(包括零件設(shè)計(jì)和裝配設(shè)計(jì))、工程分析(有限元分析和運(yùn)動(dòng)結(jié)

26、構(gòu)分析)、繪制工程圖、編制數(shù)控加工程序等。隨著版本的不斷更新和功能的不斷擴(kuò)充，UG更是擴(kuò)展了軟件的應(yīng)用范圍，面向?qū)I(yè)化和智能化的方向發(fā)展[28]。 作為一款備受業(yè)內(nèi)人士青睞的 CAD 軟件，UG/NX 擁有著功能強(qiáng)大的開發(fā)平臺(tái)，以保證軟件可發(fā)展性和后續(xù)服務(wù)的連續(xù)性。根據(jù)開發(fā)層次的不同， UG/NX 的開發(fā)平臺(tái)可以分為兩個(gè)環(huán)境：內(nèi)部開發(fā)環(huán)境和開放性的二次開發(fā)環(huán)境。內(nèi)部開發(fā)環(huán)境主要是 UGS 公司內(nèi)部開發(fā)和維護(hù)人員為了改進(jìn)軟件性能， 拓展軟件功能所使用的核心開發(fā)環(huán)境。而對于廣大的企業(yè)工程師，最主要的應(yīng)用還是開放性的二次開發(fā)環(huán)境，特別是在 UG/NX 軟件的主要應(yīng)用領(lǐng)域——汽車制造業(yè)。由于汽車結(jié)構(gòu)

27、的復(fù)雜性和標(biāo)準(zhǔn)的多樣性，不同的研發(fā)和制造企業(yè)往往有不同的應(yīng)用要求。UG/NX 的二次開發(fā)環(huán)境恰好在自身與工程師們的個(gè)性化要求之間架起了一個(gè)穩(wěn)定而強(qiáng)大的接口。利用這個(gè)接口，工程師們可以達(dá)到UG/NX 與其他應(yīng)用軟件的數(shù)據(jù)共享，也可以根據(jù)需要，直接在二次開發(fā)環(huán)境 9 下編輯擴(kuò)展 UG/NX 功能，從而有效地提高開發(fā)質(zhì)量，減少開發(fā)時(shí)間。這在市場競爭激烈的今天，無疑具有極大的誘惑力。 2.2. 二次開發(fā)技術(shù)—UG/Open API UG/Open API(Application Programming Interface，應(yīng)用程序接口)，也稱作用戶函數(shù)(User

28、 Function，UF)，是UG/Open二次開發(fā)軟件包的一個(gè)重要組成部分，是基于UG/NX軟件平臺(tái)進(jìn)行車身應(yīng)用模塊開發(fā)的主要建模工具。其核心包括了約2000個(gè)C函數(shù)，分別用來實(shí)現(xiàn)大部分的UG操作。在Microsoft Visual C++的集成環(huán)境中調(diào)用并編譯這些C函數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)查詢并修改UG/NX對象模型、處理使用者和UG/NX界面的交互、控制UG/NX的行為等。通過UF函數(shù)， 二次開發(fā)者幾乎可以實(shí)現(xiàn)所有UG現(xiàn)有的功能，它的開放性使許多UG用戶都使用UF函數(shù)作為主要的二次開發(fā)工具。簡單說來，UG/Open API是UG/NX與外部應(yīng)用程序之間的接口，以實(shí)現(xiàn)多種計(jì)算機(jī)平臺(tái)上不同應(yīng)用軟件和U

29、G/NX之間的數(shù)據(jù)共享。它是UG/NX提供的一系列函數(shù)和過程的集合。通過用C/C++ 語言編程來調(diào)用這些函數(shù)或過程，能夠?qū)崿F(xiàn)[29]： (1) 對 NX 模型文件及相應(yīng)模型進(jìn)行操作，包括建立模型、查詢模型對象、 建立并編輯裝配體、創(chuàng)建工程圖等。 (2) 在UG/NX 主界面中創(chuàng)建交互式程序界面。借助NX 菜單腳本UG/Open MenuScript 和用戶接口設(shè)計(jì)師 UI Styler，UF 能讓第三方開發(fā)者定制 UG/NX 的用戶界面，把用戶開發(fā)的程序集成入 UG/NX 的菜單和對話框之中。 (3) 創(chuàng)建并管理用戶定義對象(User Define Object，UDO)。 (4)

30、處理各種 UG/NX 對象之間的聯(lián)系，并為它們的顯示和更新提供了完整的手段。 UG/Open API 的主要目的是在共享信息的基礎(chǔ)上，為處于不同區(qū)域的用戶進(jìn)行協(xié)同設(shè)計(jì)提供更多的應(yīng)用程序。它大大提高了多學(xué)科混合協(xié)同設(shè)計(jì)的工作效率，幫助全球化的制造商更加有效的組織進(jìn)行產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、研發(fā)和制造，以加快產(chǎn)品市場化和策略全球化。 UF 程序的源代碼并不能被 UG/NX 直接執(zhí)行，它和 C 程序一樣必須通過編譯形成動(dòng)態(tài)鏈接庫或可執(zhí)行文件后才能發(fā)揮作用。針對程序運(yùn)行的環(huán)境不同，UF 程序又分為外部 UF 和內(nèi)部 UF 兩種形式。所有的 UF 函數(shù)都可用于內(nèi) 10 第二章 基于NX 的車

31、身開發(fā)關(guān)鍵技術(shù) 部 UF 方式，但不一定能用于外部 UF 方式。區(qū)別 UF 函數(shù)適用的方式可以參考 UG/Open API Reference，其中對每個(gè)函數(shù)都有 Internal 和 External 的指明。外部 UF 程序是可執(zhí)行程序(*.dll)，運(yùn)行時(shí)只要有 License 的支持，就可以 由操作系統(tǒng)直接執(zhí)行，不須啟動(dòng) UG/NX Gateway。外部 UF 程序適用環(huán)境廣泛， 但是不能和 UG/NX Gateway 發(fā)生聯(lián)系，因而不能利用 UG/NX 的顯示窗口動(dòng)態(tài)反饋操作結(jié)果。外部 UF 程序多用于 Part 數(shù)據(jù)的創(chuàng)建、存取和管理或控制出圖，而不是交互性的幾何形體的

32、修改。外部 UF 程序可以看作普通的可執(zhí)行文件在操作系統(tǒng)中執(zhí)行。 內(nèi)部 UF 是以動(dòng)態(tài)鏈接庫的形式創(chuàng)建并編譯的，它是結(jié)合 UG/NX Gateway 而運(yùn)行的。內(nèi)部 UF 程序采用了動(dòng)態(tài)鏈接庫的形式，因而代碼長度很短，能處理 UG/NX 的 UI 對象接口，實(shí)現(xiàn)和 UG/NX 界面的無縫集成并擴(kuò)充 UG/NX 的特定功能等。內(nèi)部 UF 執(zhí)行時(shí)每個(gè)步驟都能從 UG/NX 的客戶窗口中得到動(dòng)態(tài)反映，因此它能方便地通過 UI 對象實(shí)現(xiàn)與用戶的交互、屏幕選取等的復(fù)雜操作。 外部 UF 和內(nèi)部 UF 的應(yīng)用條件有所不同，它們在編寫時(shí)的程序結(jié)構(gòu)和編譯步驟也不相同。大部分的 UF 函數(shù)應(yīng)用在外部 UF

33、程序中時(shí)其書寫格式和應(yīng)用在內(nèi)部 UF 程序時(shí)是一樣的。外部 UF 程序基于普通的 Windows 應(yīng)用程序， 并在應(yīng)用程序中調(diào)用了 UF 函數(shù)，因此在編寫程序時(shí)只要將 UF 的各頭文件和uguser.lib 庫包含進(jìn)工程，就可以在應(yīng)用程序中調(diào)用 UF 了，外部 UF 在運(yùn)行時(shí)需要 uguser.dll 位于系統(tǒng)路徑下。內(nèi)部 UF 程序除了包含頭文件和庫外，在編譯時(shí)還要指明按多線程動(dòng)態(tài)鏈接庫編譯，而且動(dòng)態(tài)鏈接庫的入口點(diǎn)必須是 UF 的某個(gè) User Exit 的名字，實(shí)際應(yīng)用中對從 Run API Program 菜單中手動(dòng)運(yùn)行的內(nèi)部 UF 以ufusr( )作入口點(diǎn)，對隨 UG/NX 啟動(dòng)時(shí)自

34、動(dòng)運(yùn)行的內(nèi)部UF 以ufsta( ) 作入口點(diǎn)。 2.3. 知識(shí)熔接技術(shù)—UG/KF 2.3.1. 知識(shí)熔接概述[30] 基于知識(shí)的工程(Knowledge Based Engineering，KBE)是面向現(xiàn)代設(shè)計(jì)要 11 求而產(chǎn)生并發(fā)展的新型智能設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)決策自動(dòng)化的重要工具。知識(shí)工程是促進(jìn)工程設(shè)計(jì)智能化的重要途徑，它的任務(wù)是一些人(通常是知識(shí)工程師)訪問領(lǐng)域?qū)＜遥私馑麄儞碛械闹R(shí)，特別是了解他們?nèi)绾芜M(jìn)行推理和判斷，然后將這些知識(shí)編寫為計(jì)算機(jī)內(nèi)的表示形式。這樣計(jì)算機(jī)就可以類似人類進(jìn)行推理和求解問題?；谥R(shí)的工程通過對設(shè)計(jì)方案、設(shè)計(jì)過程進(jìn)

35、行知識(shí)的獲取、表示和處理，并對設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)過程進(jìn)行規(guī)則定義，根據(jù)功能要求、零部件信息和處理過程的描述，快速生成新的設(shè)計(jì)方案，從而高效地指導(dǎo)設(shè)計(jì)[31]。 知識(shí)熔接(Knowledge Fusion)技術(shù)是一套將 KBE 集成到 UG/NX 系統(tǒng)的高級(jí)技術(shù)。通過集成 KBE 技術(shù)到 UG/NX 系統(tǒng)，知識(shí)熔接技術(shù)為 UG/NX 提供了一套功能強(qiáng)大的產(chǎn)品設(shè)計(jì)應(yīng)用系統(tǒng)。通過該系統(tǒng)，用戶可以重復(fù)利用工程師的專業(yè)知識(shí)和相關(guān)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，把知識(shí)熔接技術(shù)和設(shè)計(jì)向?qū)?Wizard)相結(jié)合。UG/NX 系統(tǒng)的 CAD 用戶可以在不感覺到知識(shí)熔接存在的情況下享受到設(shè)計(jì)的方便。 知識(shí)熔接技術(shù)可以從以下幾個(gè)方面理解

36、： (1) KF 是一個(gè)工程演算規(guī)則表，允許記錄和重復(fù)使用工程演算規(guī)則，同時(shí)規(guī)則或公式還可以互相引用彼此的結(jié)果； (2) KF 是一個(gè)產(chǎn)品配置系統(tǒng)，用于選擇合適的組件裝配成產(chǎn)品； (3) KF 是一種特別強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)編程語言； (4) KF 是一個(gè)可以定義和創(chuàng)建“智能部件”的系統(tǒng)，并且“智能部件”配置和裝配成產(chǎn)品無需預(yù)編程。 通過使用知識(shí)熔接技術(shù)，設(shè)計(jì)人員可以利用一個(gè)單一的工程產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型來管理設(shè)計(jì)參數(shù)和知識(shí)信息。知識(shí)熔接技術(shù)可以從工程演算師那里得到相應(yīng)的設(shè)計(jì)規(guī)則和要求，并通過在 UG/NX 內(nèi)部進(jìn)行實(shí)例化(創(chuàng)建 Instance)而將這些設(shè)計(jì)規(guī)則和要求天衣無縫地傳遞到產(chǎn)品設(shè)

37、計(jì)定義中。正是由于有這樣的能力， UG/NX 系統(tǒng)在設(shè)計(jì)自動(dòng)化方面提高了一大步。知識(shí)熔接技術(shù)能夠在給定一個(gè)部件或裝配的同時(shí)得到幾何和非幾何特征，通過編寫規(guī)則來描述創(chuàng)建這些特性的過程。這從本質(zhì)上讓用戶有能力在 CAD/CAM 部件文件中獲得蘊(yùn)含在產(chǎn)品中的智能和 Know-how 信息。因此，可以說 UG/NX 是一個(gè)“可預(yù)知工程效果” 的產(chǎn)品設(shè)計(jì)系統(tǒng)。 UG/NX 的知識(shí)熔接系統(tǒng)還是一個(gè)開放的并且在不斷完善的系統(tǒng)。目前為止，并不能利用 KF 完全實(shí)現(xiàn) UG/NX 的所有功能。因此在程序開發(fā)當(dāng)中要求 12 第二章 基于NX 的車身開發(fā)關(guān)鍵技術(shù) 使用者必須能夠根據(jù)具體

38、條件編寫一些需要的 KF 函數(shù)。這些函數(shù)可以內(nèi)嵌在 UG/NX 程序當(dāng)中，也可以放在 UG/NX 程序之外以引用的方式使用。 2.3.2. 知識(shí)熔接語言[32] 將知識(shí)熔接技術(shù)集成在 UG/NX，這就是知識(shí)熔接語言。知識(shí)熔接語言是一種面形對象(Object Oriented)的解釋性(Interpreted)語言。由于知識(shí)熔接語言有能力存取 UG/NX 系統(tǒng)外的知識(shí)資源如數(shù)據(jù)庫和電子表格，有能力聯(lián)合其他分析和優(yōu)化軟件系統(tǒng)，因此用戶可以利用知識(shí)熔接語言，在產(chǎn)品模型中以規(guī)則(Rule)或?qū)嵗?Instance)的方式添加工程知識(shí)。知識(shí)熔接語言，結(jié)合知識(shí)熔接導(dǎo)航器(Navigator)

39、用戶界面，可以讓不同技能水平的用戶使用知識(shí)熔接技術(shù)。 知識(shí)熔接語言是一種簡單的程序語言，它的語法要求非常簡單。只要求工程師有一點(diǎn)的編程基礎(chǔ)就可以很快地學(xué)會(huì)并出色地完成編寫工作。像其他語言一樣，知識(shí)熔接語言也有一個(gè)龐大的函數(shù)庫，利用函數(shù)庫中的命令，工程師可以輕松地完成一些簡單的公式編寫。當(dāng)然，也可以利用它們編寫更加復(fù)雜的公式或規(guī)則。它主要有以下幾點(diǎn)特征： (1) 知識(shí)熔接語言是聲明性的、由求解需求驅(qū)動(dòng)(Demand-driven)的語言。知識(shí)熔接語言是聲明性的，而不是過程性的(傳統(tǒng)的高級(jí)語言如 Basic、C、 FORTRAN)語言。因此在編寫程序時(shí)不用考慮程序編制時(shí)語句和函數(shù)的先后順序。

40、當(dāng)執(zhí)行到某個(gè)規(guī)則或公式的引用時(shí)，系統(tǒng)會(huì)在整個(gè)程序的范圍內(nèi)自動(dòng)找到并執(zhí)行這個(gè)規(guī)則或求解這個(gè)公式。由于知識(shí)熔接語言的這一特性使得交叉引用的設(shè)計(jì)方式得以實(shí)現(xiàn)，而參數(shù)的交叉和相互關(guān)聯(lián)是很多工程系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)所面臨的必然問題。因此從這一點(diǎn)上說，聲明性的語言是很適合用于工程設(shè)計(jì)系統(tǒng)的開發(fā)工作的。 (2) 知識(shí)熔接語言是層次化的語言。 知識(shí)熔接和通常的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)一樣由部件構(gòu)成子裝配，子裝配構(gòu)成最終的裝配結(jié)果。在所有的層次中有一致的處理方法。 (3) 知識(shí)熔接語言是面向?qū)ο蟮恼Z言(Object Oriented)。 知識(shí)熔接語言是一種面向?qū)ο蟮恼Z言。和 C++相似，知識(shí)熔接語言也有類(Class)和對象(O

41、bject)的概念，同時(shí)能夠進(jìn)行多重繼承。類是具有共同特征的一批對象的集合。例如，可以把排量小于 2L 的轎車看作一個(gè)類，它其中包括 17 了若干種車型。盡管它們還有價(jià)格、重量、發(fā)動(dòng)機(jī)種類等細(xì)節(jié)上的差別，但按照排量等規(guī)則它們屬于一個(gè)類。從一個(gè)類中創(chuàng)建一個(gè)對象的過程稱為創(chuàng)建實(shí)例(Instantiation)。 (4) 知識(shí)熔接語言是解釋性語言。 用戶在利用知識(shí)熔接語言編寫創(chuàng)建類文件之后無需編譯，只需配置一下 UG/NX 系統(tǒng)尋找路徑，就可以直接進(jìn)行調(diào)試和運(yùn)行。 (5) 知識(shí)熔接語言不用區(qū)分大小寫。 2.3.3. 知識(shí)熔接語言的語法實(shí)現(xiàn) 在 UG/NX

42、中，知識(shí)熔接語言主要有三種實(shí)現(xiàn)形式： (1) 屬性和規(guī)則(Attribute and Rule) 一個(gè)屬性一般是由屬性名、數(shù)據(jù)類型定義、行為標(biāo)示和一系列的規(guī)則構(gòu)成。廣義上，只要可以為屬性 Attribute 給定一個(gè)具體值的各種方式都是規(guī)則或公式，它可以是工程規(guī)則、數(shù)學(xué)公式、具體數(shù)值、名字、字符串等。除此之外， 還可以用各種操作、函數(shù)、引用、方法及條件控制，使語言更加靈活。但無論是規(guī)則或是公式，它們都返回唯一的一個(gè)值。工程師可以通過知識(shí)熔接導(dǎo)航器在一個(gè) NX 部件中添加一個(gè)或多個(gè)屬性。這些屬性作為一種特殊類型的數(shù)值， 可以被 CAD 數(shù)據(jù)模型直接引用，并且屬性值會(huì)隨著規(guī)則或公式計(jì)算結(jié)果的變

43、化而更新，從而帶動(dòng) CAD 模型的更新。 (2) 類和類的實(shí)例(Class and Object) KF 類是以 DFA 文件(*.dfa)的形式定義的。它是一些對象及規(guī)則的集合。UG/KF 中有許多基本類，如 UG/NX 標(biāo)準(zhǔn)體系特征類，它是構(gòu)成更加復(fù)雜的類的基礎(chǔ)。工程師也可以利用這些基礎(chǔ)類創(chuàng)建自己特有的類。如可以定義一系列工程運(yùn)算或特定界面和幾何操作的集合。用戶生成類之后，通過 UG/NX 特定的系統(tǒng)，創(chuàng)建這些類的實(shí)例儲(chǔ)存在 NX 部件文件中。一個(gè)部件中可以有同一個(gè)類的多個(gè)不同實(shí)例。一個(gè)類是由類名、一系列的父類和一系列的規(guī)則構(gòu)成。下圖以生成一個(gè)立方體為例，簡單地說明類的定義格式。

44、 第二章 基于NX 的車身開發(fā)關(guān)鍵技術(shù) 圖 2.3-1 KF 類的語法規(guī)則 (3) 方法(Method) 一個(gè)方法是一個(gè)數(shù)值的一系列計(jì)算規(guī)則的集合，與函數(shù)類似，它通過變量的方式傳遞附加信息。它的定義格式如下： (Method returnType) id: (type1 $var1, ...) @{Statements...}; 2.4. 全新的界面技術(shù)—UI Component 開發(fā)具有傳統(tǒng)界面風(fēng)格的NX程序有很多弊端：有一半以上的時(shí)間和精力花在UI功能的實(shí)現(xiàn)上，使得開發(fā)成本高；每一個(gè)應(yīng)用程序UI的設(shè)計(jì)必須建立在底層開發(fā)工具之上，導(dǎo)致UI界面操作的方式

45、不統(tǒng)一和不連續(xù)；由于傳統(tǒng)UI 界面開發(fā)的過程和本質(zhì)的原因，使得UI界面的代碼無法實(shí)現(xiàn)重用，導(dǎo)致大量UI界面代碼的浪費(fèi)。具體來說，每一個(gè)傳統(tǒng)界面程序的開發(fā)都需要使用很多工具，比如使用MT Toolkit來定義界面的控件、回調(diào)函數(shù)、控件的位置和狀態(tài)(Sensitivity、Visibility)等，利用Selection Toolkit來定義選擇列表以及相應(yīng)的回調(diào)函數(shù)，運(yùn)用Handles來控制圖形窗口的手柄顏色、形狀、可見性等。程序開發(fā)人員必須有效管理所有這些工具，控制它們之間的狀態(tài)和聯(lián)系等復(fù)雜問題 [33]。 從UG/NX4開始，UI Component界面工具被使用。UI Componen

46、t是UG/NX UIFW框架下的一種OM(Object Manage)類型的類。它的實(shí)質(zhì)是把界面中每一個(gè) 相對獨(dú)立的UI對象打包定義成組件(Component)，組件相當(dāng)于一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)零件， 使用時(shí)只需要選擇若干相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)UI Component，就可組裝成一個(gè)新界面。而且還采用了組(Group)的概念來安排程序功能的實(shí)現(xiàn)流程。Group把若干UI Component組織在一起，形成一個(gè)相對獨(dú)立的操作步驟，使用戶清晰的知道每一步該做什么。UI Component的使用，大大節(jié)約了界面開發(fā)的時(shí)間和成本，實(shí)現(xiàn)了大量代碼的重用，而且統(tǒng)一了界面風(fēng)格和操作方式，具有很高的效率。 2.5.

47、 UDU(Unified Development Unit)開發(fā)環(huán)境 軟件：UNIX 或 Windows UG/NX NX5 或 NX6 UDU (UDU Development) Microsoft Visual Studio. NET (VC 7.0) 本文開發(fā)的基于 NX 的汽車視野檢測工具是在 NX 提供的“Unit”開發(fā)平臺(tái)上完成的。它以 UDU 的形式為不同平臺(tái)的 NX 用戶提供了一個(gè)統(tǒng)一、動(dòng)態(tài)、協(xié)和的開發(fā)環(huán)境，包括四種 UNIX 平臺(tái)(IBM/AIX、HP-UX、SunOS、SGI’s IRIX) 和基于Pentium and Itanium 處理器的Windows

48、平臺(tái)。通過UDU 環(huán)境，把UG/NX 與 Microsoft Visual Studio.Net 開發(fā)平臺(tái)連接。這樣，開發(fā)人員就可以在 VC 平臺(tái)上進(jìn)行源程序的編寫和調(diào)試。 UDU環(huán)境下的開發(fā)是采用工程(Project)單元的形式進(jìn)行的。每一個(gè)項(xiàng)目單元都是建立在已經(jīng)編譯好的完整的UG/NX程序上的。然后在本項(xiàng)目單元內(nèi)完成程序的編寫、編譯、鏈接，生成動(dòng)態(tài)鏈接庫(*.dll)。通過編寫腳本菜單文件， 就可以直接在UG/NX里調(diào)用程序了。在Windows操作系統(tǒng)下可以通過對話框的方式建立工程并設(shè)置工程單元參數(shù)[34]。圖2.5-1 是NX5 下開發(fā)單元的創(chuàng)建界面。 第二章 基于NX 的車身開

49、發(fā)關(guān)鍵技術(shù) 圖 2.5-1 NX5 下開發(fā)單元的創(chuàng)建界面 2.6. 本章小結(jié) 本章主要介紹了 NX 開發(fā)環(huán)境下車身開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)。它包括 UG/Open API 二次開發(fā)技術(shù)， UG/KF 知識(shí)熔接技術(shù)和最新的 UG/NX 程序的 UI Component 界面技術(shù)。UG/NX 本身提供了多種面向用戶的二次開發(fā)技術(shù)，本章只介紹了視野檢測模塊中用到的一些關(guān)鍵技術(shù)，并簡要介紹了 UG/NX 軟件和本文的開發(fā)環(huán)境。本章是借助計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)進(jìn)行車身概念設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)。

50、 18 第三章 汽車視野設(shè)計(jì)的基本理論 3.1. 任意駕駛位置時(shí)H點(diǎn)的位置線[35] 圖 3.1-1 為 A 類汽車適意駕駛位置時(shí) H 點(diǎn)的位置線。適意駕駛位置時(shí) H 點(diǎn)的水平行程X 與H 點(diǎn)離踵點(diǎn)的高度Z 之間的關(guān)系可用以下的數(shù)學(xué)表達(dá)式(3-1) 描述： 95 90 97.5 X = 936.6 + 0.613879Z - 0.00186247Z 2 X = 913.7 + 0.672316Z - 0.0019

51、5530Z 2 X = 885.0 + 0.735374Z - 0.00201650Z 2 39 5 50 10 2.5 X = 793.7 + 0.903387Z - 0.00225518Z 2 X = 715.9 + 0.968793Z - 0.00228674Z 2 X = 692.6 + 0.981427Z - 0.00226230Z 2 X = 687.1 + 0.895336Z - 0.00210494Z 2 (3-1) 其中， X i ——第 i 百分位身材駕駛員的 H 點(diǎn)位于足部拇趾參考點(diǎn)之后方的水平距離，mm。拇趾參考點(diǎn)見圖 3.1-1。

52、 Z ——H 點(diǎn)離加速踏板踵點(diǎn)的高度，mm。 圖 3.1-1 A 類汽車駕駛員 H 點(diǎn)位置線 百分位：A—97.5% B—95% C—90% D—50% E—10% F—5% G—2.5% P—加速踏板 M—踵點(diǎn) N—拇趾 H—大腿 L—小腿 3.2. 駕駛員眼橢圓與眼點(diǎn) 3.2.1. 眼橢圓的概念及定位 汽車駕駛員眼橢圓是指不同身材的駕駛員按自己的意愿將座椅調(diào)整到適意位置，并以正常的駕駛姿勢入座后，他們眼睛位置在車內(nèi)坐標(biāo)系中的統(tǒng)計(jì)分布圖形，如圖 3.2-1 所示。由于統(tǒng)計(jì)分布圖形呈橢圓狀，因此被稱為駕駛員眼橢圓。駕駛員眼睛在車內(nèi)坐標(biāo)系中的

53、位置是進(jìn)行視野設(shè)計(jì)與校核的基準(zhǔn)，它是視野設(shè)計(jì)的工具之一。駕駛員眼橢圓的確立為研究汽車視野性能提供了科學(xué)的視野原點(diǎn)基準(zhǔn)。 第三章 汽車視野設(shè)計(jì)的基本理論 圖 3.2-1 駕駛員眼橢圓 眼橢圓在汽車視野設(shè)計(jì)與校核的應(yīng)用中，通常是與視線聯(lián)合在一起的。因此要用視切比來定義眼橢圓的百分位[36]。所謂視切比，就是含眼橢圓的切線一方區(qū)域的眼睛數(shù)與切線上、下方區(qū)域的眼睛總數(shù)之比。眼橢圓百分位實(shí)際上是落在視切線(切平面)的含眼橢圓一側(cè)的眼睛的概率。若以一切線切第P百分位的眼橢圓，則落在切線含眼橢圓一側(cè)的眼睛百分比為P%，而落在切線另一側(cè)的百分比為(100-P)%，如圖 3.2-2

54、所示為第 95 百分位眼橢圓。由目標(biāo)點(diǎn)O向眼橢圓作視線，則意味著有總數(shù) 95％的眼睛位于該視線的下方，另有 5％的眼睛位于該視線的上方。即有 95％的人群可以通過該視線下方看到目標(biāo)，而有 5 ％的人群則不能通過該視線下方看到目標(biāo)[37]。 圖 3.2-2 眼橢圓含義圖 駕駛員眼橢圓在汽車設(shè)計(jì)中有著極其重要和廣泛的應(yīng)用，尤其是在汽車概念設(shè)計(jì)階段。它是進(jìn)行視野設(shè)計(jì)與研究的基準(zhǔn)點(diǎn)。確定汽車內(nèi)外后視野區(qū)域， 前風(fēng)窗刮掃區(qū)域，A、B、C 立柱形成的盲區(qū)以及轉(zhuǎn)向盤在儀表板工作面上形成的盲區(qū)等都要用到眼橢圓。更重要的是，它可以使我們在量的概念上(以一定的百分位，或者以一定的概

55、率)對視野進(jìn)行評價(jià)。 SAE J941-2002 眼橢圓在車身坐標(biāo)系下按以下方式定位： (1) 根據(jù)座椅水平行程(TL1)[38-39]及眼橢圓百分位值，在表 3-1 中選取合適的軸長。如下所示： 表 3-1 眼橢圓在三個(gè)方向上軸長 (mm) (2) 確定眼橢圓中心坐標(biāo)( X c 、Yc 、Zc )，如式(3-2)所示。 第三章 汽車視野設(shè)計(jì)的基本理論 X c = L1 + 664 + 0.587(L6 ) - 0.176(H 30 ) - 12.5t Ycl Ycr = W20 - 32.5 = W20 + 32.5  (3-2) Zc

56、 = H 8 + 638 + H 30 其中 L1 為踏板參考中心點(diǎn) PRP 的 X 坐標(biāo)； L6 為轉(zhuǎn)向盤中心至 PRP 點(diǎn)的水平距離； H 30 為 H 點(diǎn)和 AHP 點(diǎn)的垂直距離； W20 為 H 點(diǎn)的 Y 坐標(biāo)； H 8 為 AHP(踵)點(diǎn)的 Z 坐標(biāo)； t 為傳動(dòng)類型(有離合踏板時(shí)為 1，無離合踏板時(shí)為 0)。 (3) 俯視圖中，左右眼橢圓中心Y坐標(biāo)Ycl與Ycr距離為 65mm，中眼橢圓圓心的Y坐標(biāo)Yclcr為W20。 (4) 在側(cè)視圖中，眼橢圓長軸的傾角β=12°，前低后高的斜線為長軸。俯視圖與后視圖中眼橢圓均無傾角。按步驟(1)取軸長，即可獲得眼橢圓樣板。 眼

57、橢圓樣板完成后，將未知的參數(shù)確定后帶入式(3-2)中，進(jìn)行各視圖眼橢圓的定位，即可完成駕駛員眼橢圓在車身坐標(biāo)系中的定位[40]，如圖 3.2-3 所示。 圖 3.2-3 A 類汽車眼橢圓的定位 在人機(jī)工程設(shè)計(jì)中，將駕駛員座椅參考點(diǎn)(SgRP)距離駕駛員踵點(diǎn)的垂直距離為 25-405mm，方向盤直徑小于 450mm，H 點(diǎn)垂直行程為 0-50mm，并且駕駛員座椅靠背角為 5-40°的汽車稱為 A 類車，一般包括轎車、旅行車和轎車變型車。除特殊注明外，本文所述內(nèi)容均圍繞 A 類車進(jìn)行討論。 3.2.2. 眼點(diǎn)和頭部轉(zhuǎn)動(dòng)點(diǎn)的確定 汽車視野設(shè)計(jì)的首要問題是眼點(diǎn)的

58、確定，視野的適應(yīng)級(jí)(Accommodation Level，一般要滿足第95百分位駕駛員的視野要求)是通過選擇合適的駕駛員眼橢圓輪廓上的眼點(diǎn)來保證的，利用它來作視野設(shè)計(jì)的視線。如果要滿足的適應(yīng)級(jí)為P，則應(yīng)該選擇第P百分位駕駛員眼橢圓上的眼點(diǎn)。 駕駛員眼點(diǎn)在SAE標(biāo)準(zhǔn)和國標(biāo)中均有定義[41-43]。SAE標(biāo)準(zhǔn)中的駕駛員眼點(diǎn)E是表征駕駛員左右兩個(gè)眼睛位置的點(diǎn)，它們是在第 95 百分位的駕駛員眼橢圓基礎(chǔ)上得到的。左右兩個(gè)眼點(diǎn)EL、ER之間的距離為 65mm，并且實(shí)際應(yīng)用中 第三章 汽車視野設(shè)計(jì)的基本理論 它們都是配合頭部轉(zhuǎn)動(dòng)中心點(diǎn)P來使用的。國標(biāo)中的駕駛員眼點(diǎn)及定位與SAE 標(biāo)準(zhǔn)相仿，

59、只是增加了表征駕駛員眼睛位置的V點(diǎn)，用于檢查汽車視野是否符合要求。 眼點(diǎn)的選取原則為：選取眼橢圓輪廓上視野性能最差(最苛刻)的眼點(diǎn)。因?yàn)槿绻羁量萄埸c(diǎn)的視野性都能得到保證，那么位于視線靠眼橢圓一側(cè)的其他眼點(diǎn)也必能以一定的百分位滿足視野要求。例如計(jì)算盲區(qū)時(shí)，應(yīng)該選擇使障礙角和障礙區(qū)最大的眼點(diǎn)。眼點(diǎn)的選取標(biāo)準(zhǔn)為：采用SAE標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，以第95百分位眼橢圓為依據(jù)，在某些場合為簡化眼點(diǎn)的計(jì)算，則可用視原點(diǎn)來代替眼橢圓； 如果采用EEC標(biāo)準(zhǔn)或國標(biāo)，則以視原點(diǎn)作為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)。本文在進(jìn)行視野設(shè)計(jì)時(shí)， 均采用視原點(diǎn)作為設(shè)計(jì)的基準(zhǔn)。視原點(diǎn)是經(jīng)過統(tǒng)計(jì)得出的具有代表性的駕駛員眼點(diǎn)，應(yīng)用它進(jìn)行視野設(shè)計(jì)可保證95％的適應(yīng)度

60、。 左右眼點(diǎn)(EL、ER)和頭部轉(zhuǎn)動(dòng)點(diǎn)P的關(guān)系如圖3.2-4所示，其中ΔX為眼點(diǎn)到P點(diǎn)X方向的距離， SAE 規(guī)定其值為98 ，歐洲EEC 規(guī)定其計(jì)算方法為sqrt( 104*104-32.5*32.5 ) = 98.791。 圖3.2-4 E點(diǎn)和P點(diǎn)的位置(SAE) 2 SAE J941 推薦的P1、P2點(diǎn)的計(jì)算公式為： (P1 ) X = L31 - 224.01472 + 10.281641′ L40 - 0.032032 ′ (L40 ) 2 (100mm ￡ TL23 ￡ 133mm) 或(P1 ) X = L31 - 250.

61、01472 + 10.281641′ L40 - 0.032032 ′ (L40 ) (P2 ) X  = (P1 ) X  + 28 (TL23 > 133mm)  (3-3) (P1 )Y (P2 )Y = W20 - 20 2 = W20 + 47 (P1,2 ) Z = H 70 + 654.11757 + 0.398747 ′ L40 - 0.059301′ (L40 ) 其中： TL23 —座椅水平調(diào)節(jié)行程 L31 —SgRP 點(diǎn) X 坐標(biāo) W20 —SgRP 點(diǎn) Y 坐

62、標(biāo)H 70 —SgRP 點(diǎn) Z 坐標(biāo)L40 —座椅靠背角 GB 11562 規(guī)定P1、P2的計(jì)算方法為：首先給出駕駛員座椅靠背角L40為 25° 時(shí)的基本坐標(biāo)，然后根據(jù)實(shí)際的座椅靠背角和座椅水平調(diào)節(jié)行程來進(jìn)行修正。 3.3. 駕駛員視野和盲區(qū) 汽車視野設(shè)計(jì)最基本的要求就是使駕駛員能夠獲取足夠的交通信息，減小盲區(qū)的大小，并盡量設(shè)法緩解駕駛疲勞[44]。汽車駕駛員視野是指駕駛員處于正常駕駛位置時(shí)，并且當(dāng)其眼睛和頭部在正?；顒?dòng)范圍內(nèi)時(shí)，能直接或借助于輔助設(shè)備看到的視野范圍，包括直接視野和間接視野兩部分，通常用視野角度來度量。直接視野是指駕駛員不通過后視鏡等輔助設(shè)備而能直接看到的范圍。

63、間接視野是指駕駛員要通過后視鏡等輔助設(shè)備才能看到的范圍。按照與駕駛室相對位置關(guān)系，駕駛員視野又可分為內(nèi)部視野和外部視野。內(nèi)部視野是指駕駛員看到的駕駛室內(nèi)的范圍，主要是駕駛員直接看到的范圍，其中包括了轉(zhuǎn)向盤在儀表板上形成的盲區(qū)以外的范圍。外部視野是指駕駛員直接或間接看到的駕駛室之外的范圍[45]。視覺為車輛駕駛員提供所需的大多數(shù)信息，汽車視野性能直接影響到汽車的行駛安全性、乘坐舒適性及操作方便性，是汽車安全認(rèn)證的主要項(xiàng)目之一。 與視野相對應(yīng)的概念是盲區(qū)(Invisible Zone)。在汽車上阻礙駕駛員視線的 物體稱為視野障礙。被視野障礙擋住而使駕駛員看不見的區(qū)域稱為盲區(qū)，一般 第三章

64、 汽車視野設(shè)計(jì)的基本理論 用盲區(qū)角和盲區(qū)區(qū)域來表示。按照人眼的觀察情況，盲區(qū)也分為單眼盲區(qū)、雙眼盲區(qū)和兩單眼盲區(qū)。所謂單眼盲區(qū)，就是左眼或右眼單獨(dú)觀察時(shí)，由于視野障礙物對視線的阻擋而形成的左眼或右眼看不見的區(qū)域。雙眼盲區(qū)是左眼和右眼同時(shí)觀察時(shí)，由于視野障礙物對視線的阻擋而形成的兩眼都看不見的區(qū)域。兩單眼盲區(qū)是左右眼的單眼盲區(qū)之和。盲區(qū)也有直接盲區(qū)和間接盲區(qū)之分。例如：由轉(zhuǎn)向盤輪緣在儀表板上形成的盲區(qū)就是直接盲區(qū)。通過后視鏡觀察時(shí)由B或C立柱形成的盲區(qū)就是間接盲區(qū)。在檢查盲區(qū)時(shí)，一般只需要知道雙目障礙角或盲區(qū)區(qū)域之一即可。例如：確定A立柱形成的盲區(qū)僅知道雙目障礙角就足夠了，求方向盤輪緣

65、在儀表板工作平面上形成的盲區(qū)時(shí)，則只需要知道盲區(qū)分布范圍即盲區(qū)區(qū)域就可以了。 據(jù)以上基礎(chǔ)知識(shí)，我們就可以具體研究本文開發(fā)的整體視野檢測工具的基本理論了。 3.4. 整體視野檢測工具的設(shè)計(jì)原理 3.4.1. 地面線(Ground Line)的定義 當(dāng)汽車實(shí)際在路面行駛時(shí)，汽車車身與路面間并不是平行的，而是有一定的角度。因而在車身概念設(shè)計(jì)階段，為了能更好的評價(jià)汽車行駛或靜止時(shí)的視野性，本文引入了地面線(Ground Line)的概念。地面線是由軸距(Wheel Base)、前軸中心距地面高度(Front 0Z Height，簡稱 FR0Z)、后軸中心距地面高度(Rear 0Z

66、Height，簡稱 RR0Z)三項(xiàng)參數(shù)定義的。具體求作過程如圖 3.4-1 所示。 3.4.2. 眼點(diǎn)的定義 圖 3.4-1 地面線的定義 日本JIS D1702-1996 標(biāo)準(zhǔn)中定義，Reference E.P是在駕駛員眼橢圓內(nèi)測定的有代表性的眼睛位置[46]。它用于道路車輛駕駛員直接視野的測量。在該標(biāo)準(zhǔn)中說明，通常視野測量采用雙眼參考眼點(diǎn)。但因具體的測試目的不同，單眼參考眼點(diǎn)也常被使用。另外，只要測量中用到的眼點(diǎn)包含在規(guī)定的眼點(diǎn)范圍之內(nèi)，都是可以使用的。本模塊開發(fā)使用的眼點(diǎn)，即前文說到的視原點(diǎn)，有Reference E.P、Craned-neck E.P和Craned-neck looking-back E.P。下面分別對這三個(gè)眼點(diǎn)的求作進(jìn)行說明。 1. Reference E.P 本模塊的 Reference E.P 是根據(jù)輸入的基準(zhǔn)點(diǎn) JM95 H.P 和 R/M H.P 定義的。若 R/M H.P 距地面高度小于 560mm，則將 JM95 H.P 正上方 635mm 處的點(diǎn)作為 Reference E.P；若 R/M H