JP2003196323A - 重量・重心位置設計支援装置、重量・重心位置設計支援方法および重量・重心位置設計支援プログラム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ユニット性能からの要求に適合させて、ユニ
ットの総重量、重心位置を定める設計の支援を行うこと
である。 【解決手段】 ユニットの設計目標から、ユニット全体
の総重量を設定し（Ｓ１）、ユニット性能からの要求に
合わせ、ユニット全体の重心位置を設定する（Ｓ３）。
設定されたユニットの総重量を各構成部品の重量に配分
し（Ｓ５）、各構成部品に配分した重量を積算し、設計
目標のユニットの総重量と比較する（Ｓ７）。設定され
たユニットの重心位置に基き、各構成部品の重心位置を
配分し（Ｓ９）、配分された各構成部品の重量、重心位
置から、ユニットの重心位置を算出し、設計目標と比較
する（Ｓ１１）。目標値と一致しないときは配分を変更
する。一致するときは、各構成部品の重量、重心位置を
設定し（Ｓ１３）、各構成部品の形状設計を開始する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複数の構成部品か
らなるユニットについての重量・重心位置設計支援装
置、重量・重心位置設計支援方法および重量・重心位置
設計支援プログラムに関する。

【０００２】

【従来の技術】複数の構成部品からなるユニットにおい
て、ユニットの総重量および重心位置が、ユニットを用
いる製品の性能に大きな影響を与えることが有る。例え
ば車両のエンジンは、多数の構成部品からなるユニット
であるが、その総重量は車両の重量や性能に直接影響を
与え、その重心位置はエンジンの慣性主軸の位置および
車体への取付け位置と関連し、車両の振動、騒音、操縦
安定性等の車両性能に影響を与える。一方、複数の構成
部品からなるユニットについて、各複数の構成部品の重
量と重心位置が与えられるとき、ユニットとしての総重
量と重心位置を求めることは従来から知られている。そ
こで、エンジンを構成する各構成要素の重量、重心位置
から、エンジンの総重量、重心位置を求めることが行わ
れる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このように、複数の構
成部品からなるユニットの総重量、重心位置を、各構成
部品の重量、重心位置から求めることができるので、エ
ンジンを構成する各部品の重量、重心位置からエンジン
の総重量、重心位置を求めることができる。

【０００４】しかし、従来、車両のエンジンの設計にお
いて、その重量と重心位置は出来成りであったため、事
後的にエンジンの総重量と重心位置が求められたとして
も、その重心位置を通る慣性主軸の位置でフレームに取
付けられないことが起こり、所定の車両性能を満たさな
い。このような場合、例えば、エンジンと車体フレーム
との間のマウント部材の形状に工夫がなされるが、それ
でも、取付け位置をエンジンの慣性主軸の位置にあわせ
ることは困難で、車両の振動、騒音、操縦安定性等につ
き所定の車両性能を得ることに困難が生じていた。

【０００５】本発明の目的は、かかる従来技術の課題を
解決し、事後的にユニットの総重量と重心位置を求める
のでなく、ユニット性能からの要求に適合させて、ユニ
ットの総重量、重心位置を定める設計の支援を行う重量
・重心位置設計支援装置、重量・重心位置設計支援方法
および重量・重心位置設計支援プログラムを提供するこ
とである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明に係る重量・重心位置設計支援装置は、それ
ぞれの位置関係が規定された複数の構成部品からなるユ
ニットの重量・重心位置および各構成部品の重量・重心
位置を、ユニットの目標性能に適合させて定める設計の
支援を行う重量・重心位置設計支援装置であって、ユニ
ットの目標総重量を設定するユニット総重量設定手段
と、ユニットの目標性能に合わせ、ユニットの目標重心
位置を設定するユニット重心位置設定手段と、ユニット
総重量を、前記各構成部品に配分する各部品重量配分手
段と、ユニットの重心位置に基いて各構成部品の重心位
置を配分する各部品重心位置配分手段と、を備えること
を特徴とする。

【０００７】また、本発明に係る重量・重心位置設計支
援方法は、それぞれの位置関係が規定された複数の構成
部品からなるユニットの重量・重心位置および各構成部
品の重量・重心位置を、ユニットの目標性能に適合させ
て定める設計の支援を行う重量・重心位置設計支援方法
であって、ユニットの目標総重量を設定するユニット総
重量設定工程と、ユニットの目標性能に合わせ、ユニッ
トの目標重心位置を設定するユニット重心位置設定工程
と、ユニット総重量を、前記各構成部品に配分する各部
品重量配分工程と、ユニットの重心位置に基いて各構成
部品の重心位置を配分する各部品重心位置配分工程と、
を備えることを特徴とする。

【０００８】また、本発明に係る重量・重心位置設計支
援プログラムは、それぞれの位置関係が規定された複数
の構成部品からなるユニットの重量・重心位置および各
構成部品の重量・重心位置を、ユニットの目標性能に適
合させて定める設計の支援を行う重量・重心位置設計支
援プログラムであって、コンピュータに、ユニットの目
標総重量を設定するユニット総重量設定処理手順と、ユ
ニットの目標性能に合わせ、ユニットの目標重心位置を
設定するユニット重心位置設定処理手順と、ユニット総
重量を、前記各構成部品に配分する各部品重量配分処理
手順と、ユニットの重心位置に基いて各構成部品の重心
位置を配分する各部品重心位置配分処理手順と、を実行
させることを特徴とする。

【０００９】本発明に係る重量・重心位置設計支援装置
は、ユニットの設計において、ユニットの総重量を設定
し、ユニットの目標性能に合わせ、ユニットの目標重心
位置を設定する。そして、ユニット総重量を各構成部品
に配分し、ユニットの重心位置に基いて各構成部品の重
心位置を配分する。したがって、事後的にユニットの総
重量と重心位置を求めるのでなく、ユニット性能からの
要求に適合させて、ユニットの総重量、重心位置を定め
る設計の支援を行うことができる。

【００１０】また、本発明に係る重量・重心位置設計支
援装置は、三次元ＣＡＤ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｉｄｅ
ｄ Ｄｅｓｉｇｎ）装置を用い、重心位置に重量の大き
さに応じた図形を表示する。したがって、視覚的にユニ
ットを構成する各部品の重量と重心位置を把握でき、ユ
ニットの総重量、重心位置を定める設計の支援をさらに
スムーズに行うことができる。

【００１１】また、本発明に係る重量・重心位置設計支
援装置は、各構成部品の設計を行う三次元ＣＡＤ装置と
ネットワークで接続される。したがって、各構成部品の
設計に基く各構成部品の重量・重心位置がユニットの総
重量・重心位置に与える寄与、影響を、オンラインで把
握でき、ユニットの総重量、重心位置を定める設計の支
援をよりスムーズに行うことができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明の実施
の形態について詳細に説明する。複数の構成部品からな
るユニットとして、車両のエンジンについて説明する
が、対象は車両のエンジンに限られない。図１は、コン
ピュータの三次元ＣＡＤ装置である重量・重心位置設計
支援装置１のブロック図とともに、重量・重心位置設計
支援装置１がネットワーク３を介し、エンジンを構成す
る各部品の設計を担当する三次元ＣＡＤ装置５，７と接
続される様子を示す図である。重量・重心位置設計支援
装置１は、エンジンの設計を担当する三次元ＣＡＤと同
一装置でも良く、ネットワーク３を介して接続されるそ
れとは異なる支援装置でも良い。

【００１３】重量・重心位置設計支援装置１は、ＣＰＵ
１１と、通信制御部１３、入力部１５、出力部１７、内
部記憶装置１９とが内部バスで接続される。通信制御部
１３は、ネットワーク３を介してＣＡＤ装置５，７と接
続される。ＣＡＤ装置５，７は二台の場合が図示されて
いるが、三台以上でも良い。

【００１４】ＣＰＵ１１は、エンジンの設計目標からエ
ンジンの総重量、重心位置を設定するユニット総重量設
定部２１、ユニット重心位置設定部２２を備え、エンジ
ンの総重量を各構成部品に配分する重量配分部２３、そ
の配分の結果等とエンジンの目標総重量と比較するユニ
ット総重量比較部２４、エンジンの重心位置に基いて各
構成部品の重心位置を配分する重心位置配分部２５、そ
の配分の結果等とエンジンの目標重心位置と比較するユ
ニット重心位置比較部を備える。また、ユニット総重量
との比較、ユニット重心位置との比較の結果から各構成
部品の重量・重心位置を設定する各部品重量・重心位置
設定部２７を備える。

【００１５】さらに、ＣＰＵ１１は、各部品の設計を担
当するＣＡＤ装置５，７の設計結果に対し、エンジンの
アセンブリ状態のモデルを作成するユニットアセンブリ
モデル作成部２８、各部品重量・重心位置算出部２９
と、各部品重量・重心位置モデル作成部３０を備える。
また、各構成部品の重量・重心位置の算出値からエンジ
ンについて、その重量・重心位置を算出するユニット重
量・重心位置算出部３１、ユニット重量・重心位置モデ
ル作成部３２を備える。これらの結果と、各構成部品の
目標重量と比較する各部品重量比較部３３、各構成部品
の重心位置と比較する各部品重心位置比較部３４を備え
る。

【００１６】かかる構成の作用を、図２、図３のフロー
チャートを用いて説明する。図２のフローチャートは、
エンジンの設計目標から各構成部品につきその重量、重
心位置を配分し設定するまでを、図３のフローチャート
は、設定された各構成部品の重量、重心位置に基き、各
構成部品の設計を実際に開始し、その実際の設計結果
を、エンジンの設計目標の重量、重心位置と適合させる
までの段階をそれぞれ示す。フローチャートは、エンジ
ンの構想段階から詳細設計段階、改良設計段階等さまざ
まな段階で用いることができる。

【００１７】Ｓ１はユニット総重量設定工程で、ＣＰＵ
１１のユニット総重量設定部２１が、エンジンの設計目
標から、エンジン全体の総重量を設定する。

【００１８】Ｓ３は、ユニット重心位置設定工程で、ユ
ニット重心位置設定部２２が、車両性能からの要求に合
わせ、エンジン全体の重心位置を設定する。車両性能に
は、車両の振動、騒音、操縦安定性等を含む。この車両
性能は、エンジンを車体のフレームに取付ける際の取付
け位置の影響を受ける。エンジン４１の取付け関係の様
子を図４に示す。エンジン４１は、一般に二つの慣性主
軸４３，４５を有するので、エンジン４１の重心位置４
７は、これら二つの慣性主軸の交点に設け、マウント部
材４９は慣性主軸の一方に一致させて配置し、車体のフ
レーム５１に取付けられるのが望ましい。したがって、
ユニット重心位置設定工程Ｓ３では、これらのことを考
慮し、エンジン全体の重心位置を設定する。

【００１９】Ｓ５は、重量配分工程で、重量配分部２３
が、エンジンの総重量を各構成部品に配分する算出を行
う。例えば軽量設計のエンジンを設計するときは、軽量
化をどの構成部品に重点的に行うか等の設計の観点か
ら、各構成部品の重量を配分する。

【００２０】Ｓ７は、ユニット総重量判断工程で、ユニ
ット総重量比較部２４が、各構成部品に配分した重量を
積算し、当初の設計目標のエンジン総重量と比較する。
目標値と一致しているときは次の工程に進み、一致しな
いときはＳ５の重量配分工程に戻り、各構成部品の重量
配分の変更を行う。

【００２１】Ｓ９は、重心位置配分工程で、重心位置配
分部２５が、エンジンの重心位置に基き各構成部品の重
心位置を配分する。構成部品の中には重心位置を自由に
動かすことが困難な部品と、比較的自由に動かせる部品
が有るので、前者から重心位置を配分してゆく。

【００２２】Ｓ１１は、ユニット重心位置判断工程で、
ユニット重心位置比較部２６が、Ｓ７，Ｓ９で算出され
た各構成部品の重量と重心位置を用いて、エンジンの重
心位置を算出し、当初の設計目標のエンジン重心位置と
比較する。各構成部品の重量、重心位置からエンジンの
重心位置を算出するにあたっては、三次元ＣＡＤを用い
た従来技術の算出方法を用いることができる。そして、
算出されたエンジンの重心位置が目標値と一致している
ときは次の工程に進み、一致しないときはＳ９の重心位
置配分工程に戻り、各構成部品の重心位置配分の変更を
行う。

【００２３】Ｓ１３は、各部品重量・重心位置設定工程
で、エンジンの重心位置が目標位置と一致するときに、
その重量・重心位置で各構成部品の重量・重心位置の設
定を行う。ここで、各構成部品の座標系の変換を行って
も良い。すなわち、Ｓ１１までの工程では、重心位置の
座標系は、空間のある基準点を原点とした絶対座標系ま
たはエンジンのある基準点を原点としたエンジン座標系
を用いることができる。その場合は、各構成部品のある
基準点、例えば取付け位置を原点として、各構成部品ご
との座標系に重心位置を変換する。このことで構成部品
単独の図面化が容易になる。

【００２４】Ｓ１からＳ１３の工程により、エンジンの
設計目標に適合して、各構成部品につきその重量、重心
位置を配分し設定することができる。次に、図３のフロ
ーチャートでは、このように設定された各構成部品の重
量、重心位置に基き、各構成部品の設計を実際に開始
し、その実際の設計結果を、エンジンの設計目標の重
量、重心位置とどのように効率よく適合させていくか、
について説明する。

【００２５】Ｓ２１は、各部品形状設計工程で、Ｓ１３
で設定された各構成部品の重量・重心位置に基き、それ
ぞれの各構成部品の設計を担当するＣＡＤ装置５，７等
が、各構成部品の設計を行う。必要なデータは、通信制
御部１３から、各ＣＡＤ装置５，７等に対し、送信する
こともできる。また、ネットワークを用いずに、個別に
必要なデータを各ＣＡＤ装置５，７に供給しても良い。

【００２６】Ｓ２１は、ユニットアセンブリモデル作成
工程で、ユニットアセンブリモデル作成部２８が、各構
成部品の形状設計図等に基いて、エンジンのアセンブリ
図面を作成する。このことで、各構成部品をアセンブリ
したときのエンジンの全体像が容易に把握できる。各構
成部品の形状設計図等のデータは、各ＣＡＤ装置５，７
等の設計データを、ネットワーク３を介し、通信制御部
１３が受信し、ＣＰＵ１１で処理する。また、エンジン
のアセンブリ図面作成の結果は、通信制御部１３から、
各ＣＡＤ装置５，７等に対し、送信することもできる。
また、ネットワークを用いずに、個別に必要なデータを
各ＣＡＤ装置５，７に供給しても良い。このようにし
て、エンジン設計担当と、各構成部品担当間との意識、
および情報の共有化が図れる。

【００２７】Ｓ２５は、各部品重量・重心位置算出工程
で、各部品重量・重心位置算出部２９が、各構成部品形
状設計図等から、各構成部品毎にその重量と重心位置を
算出する。この算出には、三次元ＣＡＤを用いた従来技
術の算出方法を用いることができる。

【００２８】Ｓ２７は、各部品重量・重心位置モデル作
成工程で、各部品重量・重心位置モデル作成部３０が、
各構成部品につき、その重量と重心位置をモデル化す
る。例えば重量の大きさを球の直径の大きさで表示し、
その球の中心を重心とし、エンジン全体の位置のどこに
位置するかで、エンジンにおけるその構成部品の重心位
置を表わす等である。

【００２９】図５は、各構成部品の重量・重心位置モデ
ルを用いて、エンジン４１における各構成部品の重量、
重心位置を三次元的表示で表わした例である。ここで
は、各構成部品のモデルを、重心を中心とし、その重量
の大きさを直径の大きさであらわす球５５，５７，５
９，６１，６３，６５で示した。各構成部品の取付け位
置を、ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆで示し、各取付け位置と
エンジンの重心位置４７を線分で結び、その関係が表示
される。図では構成部品の数は六個であるが、それ以外
の数でも良い。かかる三次元表示を用いることで、視覚
的にエンジンを構成する各部品の重量と重心位置を把握
でき、各構成部品の重量、重心位置が設計目標と一致し
ないときの対処をスムーズに進めることができる。

【００３０】Ｓ２９は、ユニット重量・重心位置算出工
程で、ユニット重量・重心位置算出部３１が、各構成部
品の形状設計に基いた重量・重心位置の算出結果を用い
て、エンジン全体の総重量、重心位置の算出を行う。各
構成部品の重量、重心位置からエンジンの重心位置を算
出するにあたっては、三次元ＣＡＤを用いた従来技術の
算出方法を用いることができる。

【００３１】Ｓ３１は、ユニット重量・重心位置モデル
作成工程で、ユニット重量・重心位置モデル作成部３２
が、エンジン全体につき、その総重量と重心位置をモデ
ル化する。例えば重量の大きさを球の直径の大きさで表
示し、その球の中心を重心とし、エンジン全体の位置の
どこに位置するかで、エンジンの重心位置を表わす等で
ある。

【００３２】図６は、エンジンの重量・重心位置モデル
を用いて、エンジン４１形状におけるエンジン全体の総
重量、重心位置を三次元的表示で表わした例である。こ
こでは、エンジンのモデルを、重心を中心とし、その重
量の大きさを直径の大きさであらわす球５３で示し、重
心位置４７をエンジン４１の形状の上に配置して示し
た。なお、各構成部品の取付け位置を、ａ，ｂ，ｃ，
ｄ，ｅ，ｆで示し、各取付け位置とエンジンの重心位置
４７を線分で結び、その関係が表示される。かかる三次
元表示を用いることで、視覚的にエンジンの重量と重心
位置を把握でき、先に図５で示した各構成部品の重量、
重心位置モデル表示とあわせ、各構成部品の重量、重心
位置が設計目標と一致しないときの対処をスムーズに進
めることができる。

【００３３】Ｓ３３は、部品重量判断工程で、各部品重
量比較部３３が、Ｓ２５の各部品重量・重心位置算出工
程で算出された各構成部品の重量と、Ｓ１３の各部品重
量・重心位置設定工程で設定された各構成部品の重量と
を比較する。比較の結果、一致すれば次の工程に進み、
一致しないときは、Ｓ２１の各部品形状設計工程に戻
り、該当構成部品の形状を変更する。この変更の際に、
先に述べた各部品重量・重心位置モデル等の視覚的ツー
ルを用いることで、効率化が図られ、変更が迅速に行わ
れる。

【００３４】Ｓ３４は、部品重心位置判断工程で、各部
品重心位置比較部３４が、Ｓ２５の各部品重量・重心位
置算出工程で算出された各構成部品の重心位置と、Ｓ１
３の各部品重量・重心位置設定工程で設定された各構成
部品の重心位置とを比較する。比較の結果、一致すれば
次の工程に進み、一致しないときは、Ｓ２１の各部品形
状設計工程に戻り、該当構成部品の形状を変更する。こ
の変更の際に、先に述べた各部品重量・重心位置モデル
等の視覚的ツールを用いることで、効率化が図られ、変
更が迅速に行われる。

【００３５】Ｓ３７は、ユニット重量判断工程で、ユニ
ット総重量比較部２４が、Ｓ２９のユニット重量・重心
位置算出工程で算出されたエンジンの総重量と、Ｓ１の
ユニット総重量設定工程で設定されたエンジンの総重量
と比較する。比較の結果、一致すれば次の工程に進み、
一致しないときは、Ｓ２１の各部品形状設計工程に戻
り、該当構成部品の形状を変更する。

【００３６】Ｓ３９は、ユニット重心位置判断工程で、
ユニット重心位置比較部２６が、Ｓ２９のユニット重量
・重心位置算出工程で算出されたエンジンの重心位置
と、Ｓ１のユニット総重量設定工程で設定されたエンジ
ンの重心位置と比較する。比較の結果、一致すれば次の
工程に進み、一致しないときは、Ｓ２１の各部品形状設
計工程に戻り、該当構成部品の形状を変更する。

【００３７】

【発明の効果】本発明に係る重量・重心位置設計支援装
置、重量・重心位置設計支援方法および重量・重心位置
設計支援プログラムは、事後的にユニットの総重量と重
心位置を求めるのでなく、ユニット性能からの要求に適
合させて、ユニットの総重量、重心位置を定める設計の
支援を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る実施の形態の、重量・重心位置
設計支援装置のブロック図とともに、重量・重心位置設
計支援装置がネットワークを介し、各構成部品の設計を
担当する三次元ＣＡＤ装置と接続される様子を示す図で
ある。

【図２】 本発明に係る実施の形態の、重量・重心位置
設計支援のフローチャートである。

【図３】 本発明の実施に係る重量・重心位置設計支援
のフローチャートである。

【図４】 ユニットの例として、エンジンの取付け関係
の様子を示す図である。

【図５】 本発明に係る実施の形態の、各構成部品の重
心位置を中心とし、その重量の大きさを直径の大きさで
あらわす球で三次元表示した図である。

【図６】 本発明に係る実施の形態の、エンジンの重心
位置を中心とし、総重量の大きさを直径の大きさであら
わす球で三次元表示した図である。

【符号の説明】

１ 重量・重心位置設計支援装置、３ ネットワーク、
５，７ ＣＡＤ装置、１３ 通信制御部、１５ 入力
部、１７ 出力部、１９ 内部記憶装置、２１ユニット
総重量設定部、２２ ユニット重心位置設定部、２３
重量配分部、２４ ユニット総重量比較部、２５ 重心
位置配分部、２６ ユニット重心位置比較部、２７ 各
部品重量・重心位置設定部、２８ ユニットアセンブリ
モデル作成部、２９ 各部品重量・重心位置算出部、３
０ 各部品重量・重心位置モデル作成部、３１ ユニッ
ト重量・重心位置算出部、３２ ユニット重量・重心位
置モデル作成部、３３ 各部品重量比較部、３４ 各部
品重心位置比較部、４１エンジン、４３，４５ 慣性主
軸、４７ 重心位置、４９ マウント部材、５１フレー
ム、５３，５５，５７，５９，６１，６３，６５ 球。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 それぞれの位置関係が規定された複数の
   構成部品からなるユニットの重量・重心位置および各構
   成部品の重量・重心位置を、ユニットの目標性能に適合
   させて定める設計の支援を行う重量・重心位置設計支援
   装置であって、 ユニットの目標総重量を設定するユニット総重量設定手
   段と、 ユニットの目標性能に合わせ、ユニットの目標重心位置
   を設定するユニット重心位置設定手段と、 ユニット総重量を、前記各構成部品に配分する各部品重
   量配分手段と、 ユニットの重心位置に基いて各構成部品の重心位置を配
   分する各部品重心位置配分手段と、を備えることを特徴
   とする重量・重心位置設計支援装置。
2. 【請求項２】 それぞれの位置関係が規定された複数の
   構成部品からなるユニットの重量・重心位置および各構
   成部品の重量・重心位置を、ユニットの目標性能に適合
   させて定める設計の支援を行う重量・重心位置設計支援
   方法であって、 ユニットの目標総重量を設定するユニット総重量設定工
   程と、 ユニットの目標性能に合わせ、ユニットの目標重心位置
   を設定するユニット重心位置設定工程と、 ユニット総重量を、前記各構成部品に配分する各部品重
   量配分工程と、 ユニットの重心位置に基いて各構成部品の重心位置を配
   分する各部品重心位置配分工程と、を備えることを特徴
   とする重量・重心位置設計支援方法。
3. 【請求項３】 それぞれの位置関係が規定された複数の
   構成部品からなるユニットの重量・重心位置および各構
   成部品の重量・重心位置を、ユニットの目標性能に適合
   させて定める設計の支援を行う重量・重心位置設計支援
   プログラムであって、 コンピュータに、 ユニットの目標総重量を設定するユニット総重量設定処
   理手順と、 ユニットの目標性能に合わせ、ユニットの目標重心位置
   を設定するユニット重心位置設定処理手順と、 ユニット総重量を、前記各構成部品に配分する各部品重
   量配分処理手順と、 ユニットの重心位置に基いて各構成部品の重心位置を配
   分する各部品重心位置配分処理手順と、を実行させるこ
   とを特徴とする重量・重心位置設計支援プログラム。