JP2005027428A - オフセット型支持部材のモデル化方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】オフセット型支持部材も正確にモデル化して、より現実に則したワイヤーハーネスの経路予測等に役立つ方法を提供する。
【解決手段】ワイヤーハーネス１に対応する複数の梁要素Ｃ１〜Ｃ３と同様に、オフセット型支持部材３のオフセット部３２も梁要素Ｃａ３で表して、この梁要素Ｃａ３の端点における拘束自由度を設定することにより、オフセット型支持部材３を含むあらゆる支持部材がモデル化できるようになる。
【選択図】 図４
【解決手段】ワイヤーハーネス１に対応する複数の梁要素Ｃ１〜Ｃ３と同様に、オフセット型支持部材３のオフセット部３２も梁要素Ｃａ３で表して、この梁要素Ｃａ３の端点における拘束自由度を設定することにより、オフセット型支持部材３を含むあらゆる支持部材がモデル化できるようになる。
【選択図】 図４
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の線条材が束ねられてなるワイヤーハーネスを複数の梁要素が結合された弾性体とみなしてモデル化し、このワイヤーハーネスの経路予測等を有限要素法を用いて計算する際に、ワイヤーハーネスに取り付けられる支持部材をモデル化する方法に関し、特に、支持部材としてのオフセット型クランプをモデル化する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、車両等においては多種多様の電装品が搭載されるようになっており、それらは、複数の電線や通信線がインシュロック等の結束部材やテープ等の保護部材によって束ねられた、いわゆる、ワイヤーハーネスで接続されている。図７は、本発明に係るワイヤーハーネスの全体形状を概略的に示す図である。
【０００３】
図７に示すように、ワイヤーハーネス１は、各端部に電装品等と接続されるコネクタ２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄが取り付けられている。また、その中間部には各種クランプ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄが取り付けられ、更に、分岐点４を有している。
【０００４】
上記各コネクタ２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄは、電装品側の相手方コネクタの固定位置及びその装着方向に応じて所定の位置に着脱可能に固定され、ワイヤーハーネスの端部を完全拘束する。また、上記各クランプ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄは、ワイヤーハーネスの所定部位を、電装品の筐体やステー等の所定位置に完全拘束又は回転拘束する。
【０００５】
ところで、近年、ワイヤーハーネスの経路予測等のために、コンピュータを利用した設計支援システムが利用されることが多くなった。例えば、ワイヤーハーネスの経路予測等の計算の際には、ワイヤーハーネスと共に各クランプもモデル化される。このモデル化では、ワイヤーハーネスの形状特性や材料特性等と共に、クランプやコネクタが取り付けられるワイヤーハーネス上の各点における拘束条件として、拘束自由度がそれぞれ各点に設定される。以下に、従来、行われていたコネクタやクランプ等に対する拘束自由度の設定方法について説明する。
【０００６】
図８は、従来、行われていたコネクタやクランプ等に対する拘束自由度の設定方法を示す図である。図８において、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸は、ワイヤーハーネス上の各節点（又はノードともよぶ）における右手ローカル座標系での直行する３軸に対応する。例えば、Ｚ軸をクランプ軸と一致するようにしているが、これらの決定方法は適宜変更可能である。なお、図中、参考のために、分岐点の拘束自由度についても示している。
【０００７】
ここで、クランプについて説明を加える。クランプには、基本的に、長穴クランプ及び丸穴クランプがある。丸穴クランプは、回転クランプともよばれ、ワイヤーハーネスを保持する台座部とステー等に設けられた丸穴形状の取付穴に挿入される支持脚とから構成される。丸穴クランプは、Ｚ軸（取付部位に鉛直方向）廻りに回転自由である。
【０００８】
一方、長穴クランプは、固定クランプともよばれ、ワイヤーハーネスを保持する台座部とステー等に設けられた長穴形状の取付穴に挿入される支持脚とから構成される。この支持脚の断面形状は、取付穴と略同様の長穴形状をしている。長穴クランプは、Ｚ軸廻りに回転拘束されている。更に、長穴クランプ及び丸穴クランプには、Ｘ軸（ワイヤーハーネスの長手方向）廻りに回転自由である、コルゲート長穴クランプ及びコルゲート丸穴クランプもある。
【０００９】
このようなクランプ等の支持部材の拘束自由度の設定方法は、下記特許文献１又は特許文献２においても示されている。
【００１０】
【特許文献１】
特開２００１−２５１７４１号公報（図４）
【特許文献２】
特願２００２−２７９５０２
【非特許文献１】
Ｂ．ナス著「マトリックス有限要素法」ブレイン図書出版株式会社出版、１９７８年８月１０日、ｐ．７−１５
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、実際的には、ワイヤーハーネスの支持部材の中には、図４に示すようなオフセット型クランプ３（請求項のオフセット型支持部材に対応する）も存在する。オフセット型クランプ３は、ワイヤーハーネスへの取り付け時にワイヤーハーネスの所定部位に固定される固定部３１と、ワイヤーハーネスが配策されるべき車両ボディ（請求項のベースに対応する）の一部に設けられられた取付穴に係止される係止部３３と、所定のオフセット長を有して固定部３１と係止部３３とを結合するオフセット部３２と、から構成される。
【００１２】
しかしながら、上述の従来の設定方法では、このようなオフセット型クランプ３を正確に表現できない。特に、オフセット部３２によるオフセット長が、上述の従来の設定方法ではモデルに反映されない。このため、従来、オフセット型クランプ３は、図８中の他の類似の支持部材に近似して、拘束自由度を設定しモデル化されたり、或いは、オフセット型クランプ３は使用されないものとして想定して、ワイヤーハーネスの経路予測等を行なわざるを得なかった。したがって、オフセット型クランプ等のオフセット型支持部材も正確にモデル化された、より現実に則したワイヤーハーネスの経路予測等が求められている。
【００１３】
よって本発明は、上述した現状に鑑み、オフセット型支持部材も正確にモデル化して、より現実に則したワイヤーハーネスの経路予測等に役立つ方法を提供することを課題としている。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するためになされた請求項１記載のオフセット型支持部材のモデル化方法は、複数の線条材が束ねられてなるワイヤーハーネスを複数の梁要素が結合された弾性体とみなしてモデル化し、このワイヤーハーネスの経路予測等を有限要素法を用いて計算する際に、前記ワイヤーハーネスに取り付けられるワイヤーハーネス支持部材をモデル化する方法であって、前記支持部材は、取り付け時に前記ワイヤーハーネスの所定部位に固定される固定部と、前記ワイヤーハーネスが配策されるべきベースの一部に設けられられた取付穴に係止される係止部と、所定のオフセット長を有して前記固定部と前記係止部とを結合するオフセット部と、から構成されるオフセット型支持部材であって、前記ワイヤーハーネスに対応する複数の梁要素と同様に、前記オフセット部も前記オフセット長に対応する梁要素で表して、この梁要素の端点における拘束自由度を設定することにより、前記オフセット型支持部材をモデル化する、ことを特徴とする。
【００１５】
請求項１記載の発明によれば、ワイヤーハーネスに対応する複数の梁要素と同様に、オフセット型支持部材のオフセット部も梁要素で表して、この梁要素の端点における拘束自由度を設定することにより、オフセット型支持部材を含むあらゆる支持部材がモデル化できるようになる。
【００１６】
上記課題を解決するためになされた請求項２記載のオフセット型支持部材のモデル化方法は、複数の線条材が束ねられてなるワイヤーハーネスを複数の梁要素が結合された弾性体とみなしてモデル化し、このワイヤーハーネスの経路予測等を有限要素法を用いて計算する際に、前記ワイヤーハーネスに取り付けられるワイヤーハーネス支持部材をモデル化する方法であって、前記支持部材は、取り付け時に前記ワイヤーハーネスの所定部位に固定される固定部と、前記ワイヤーハーネスが配策されるべきベースの一部に設けられられた取付穴に係止される係止部と、所定のオフセット長を有して前記固定部と前記係止部とを結合するオフセット部と、から構成されるオフセット型支持部材であって、前記オフセット型支持部材を、前記係止部の回転軸に対応する第１梁要素と、前記第１梁要素に直交し、このクランプの面向きに対応する第２梁要素と、前記オフセット部に対応し、前記第１梁要素及び前記第２梁要素との交点と前記所定部位に対応する点とを結合する第３梁要素と、で表し、前記第１梁要素〜前記第３梁要素のそれぞれの端点における拘束自由度を設定することにより、前記オフセット型支持部材をモデル化する、ことを特徴とする。
【００１７】
請求項２記載の発明によれば、ワイヤーハーネスに対応する複数の梁要素と同様に、オフセット型支持部材を、係止部の回転軸に対応する第１梁要素と、第１梁要素に直交し、このクランプの面向きに対応する第２梁要素と、オフセット部に対応し、第１梁要素及び第２梁要素との交点と所定部位に対応する点とを結合する第３梁要素と、で表し、第１梁要素〜第３梁要素のそれぞれの端点における拘束自由度を設定することにより、オフセット型支持部材をより正確にモデル化できるようになる。
【００１８】
上記課題を解決するためになされた請求項３記載のオフセット型支持部材のモデル化方法は、請求項２記載のモデル化方法において、前記第２梁要素は、前記ワイヤーハーネスに割り当てられた複数の梁要素のうちで、前記第３梁要素に接する梁要素のうちのひとつと同長かつ平行にする、ことを特徴とする。
【００１９】
請求項３記載の発明によれば、第２梁要素は、ワイヤーハーネスに割り当てられた複数の梁要素のうちで、第３梁要素に接する梁要素のうちのひとつと同長かつ平行にしている。したがって、ワイヤーハーネスの経路予測を行う際の計算量を削減することができる。
【００２０】
上記課題を解決するためになされた請求項４記載のオフセット型支持部材のモデル化方法は、請求項２又は３記載のモデル化方法において、前記拘束自由度として、前記それぞれの端点における３次元空間を表す３軸の、各軸方向の変位及び各軸廻りの回転に関する自由度をそれぞれ設定する、ことを特徴とする。
【００２１】
請求項４記載の発明によれば、拘束自由度として、それぞれの端点における３次元空間を表す３軸の、各軸方向の変位及び各軸廻りの回転に関する自由度をそれぞれ設定するようにしているので、非常に詳細にオフセット型支持部材をモデル化することが可能となる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
まず、オフセット型クランプを含むワイヤーハーネスの経路設計等のために、本発明では有限要素法が用いられる。このため、ワイヤーハーネス及びクランプに対して、有限要素モデルが作成される。そこで、まず、図１及び図２を参照しながら、有限要素法を用いるために前提となる仮定条件、利用される理論及び基本式の概略について説明する。なお、本明細書中、コネクタもクランプの一種であるとみなしている。
【００２３】
図１（Ａ）は、ワイヤーハーネスの外観を示す図であり、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）のワイヤーハーネスを離散化した様子を示す図であり、図１（Ｃ）は、図１（Ａ）のワイヤーハーネスを梁要素と節点とで表した図である。図２は、梁要素と節点とで表したワイヤーハーネスにおける自由度を説明するための図である。
【００２４】
まず、本発明では、この有限要素法を用いるに際し、以下のような仮定をする。
▲１▼．ワイヤーハーネスを弾性体と仮定する。
▲２▼．ワイヤーハーネスを梁要素が結合されたものと仮定する。
▲３▼．各梁要素に線形性が保たれるものと仮定する。
▲４▼．ワイヤーハーネスの断面を円形であると仮定する。
【００２５】
次に、ワイヤーハーネスを離散化する。すなわち、図１（Ａ）に示すように、複数の電線１１がテープ１２等の保護部材によって束ねられたワイヤーハーネス１は連続体とみなすことができる。次に、図１（Ｂ）に示すように、このようなワイヤーハーネス１を、いくつかの梁要素Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、…に分割（離散化）する。すなわち、ワイヤーハーネスは１本のロープのようなものなので、有限個の梁要素をつなげたものとみなすことができる。
【００２６】
したがって、図１（Ｃ）に示すように、モデル化されたワイヤーハーネス１′は、複数の梁要素Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、…を複数のノードＮ０、Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３、…で結合したものとして表すことができる。梁要素に必要な特性値は以下の通りである。
長さｌ（図１（Ｂ）参照）
断面積Ａ（図１（Ｂ）参照）
断面２次モーメントＩ
断面２次極モーメントＪ
密度ρ
縦弾性係数Ｅ
横弾性係数Ｇ
【００２７】
そして、図２に示すように、各梁要素Ｃ（Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、…）はそれぞれ、２つの節点α及び節点βを有する。３次元空間においては、節点αは、３つの並進成分と３つの回転成分を持ため、合計６つの自由度を持つ。また、節点βも同様である。したがって、梁要素Ｃは１２自由度を持つことになる。
【００２８】
なお、図中、
Ｆｘｉ：ｉ番要素のｘｉ軸方向の力
Ｆｙｉ：ｉ番要素のｙｉ軸方向の力
Ｆｚｉ：ｉ番要素のｚｉ軸方向の力
Ｍｘｉ：ｉ番要素のｘｉ軸周りのモーメント
Ｍｙｉ：ｉ番要素のｙｉ軸周りのモーメント
Ｍｚｉ：ｉ番要素のｚｉ軸周りのモーメント
Ｕｘｉ：ｉ番要素のｘｉ軸方向の変位
Ｕｙｉ：ｉ番要素のｙｉ軸方向の変位
Ｕｚｉ：ｉ番要素のｚｉ軸方向の変位
θｘｉ：ｉ番要素のｘｉ軸方向の角変位
θｙｉ：ｉ番要素のｙｉ軸方向の角変位
θｚｉ：ｉ番要素のｚｉ軸方向の角変位
αは左側の節点、βは右側の節点
を示す。
【００２９】
ところで、振動してない静的な力による構造物の変位は、弾性範囲内では、以下の式（１）に示すフックの法則が成り立つことが知られている。
Ｋｘ＝Ｆ…（１）
ここで、Ｋ：ばね定数、ｘ：変位、Ｆ：力
を示す。
【００３０】
また、図２で示した梁要素Ｃにも同様にフックの法則が成り立つことが知られている。但し、梁要素Ｃは、上記のように１２自由度をもつため、以下の式（２）で示すように、１２行１２列のマトリクスと１２行のベクトルとで、力と変位との関係を表現することができる。
【００３１】
【数１】
【００３２】
なお、式（２）において、１２行１２列のマトリクスを、４つの６行６列のマトリクスに分割し、それぞれをＫｉ（１，１）、Ｋｉ（１，２）、Ｋｉ（２，１）及びＫｉ（２，２）とする。そして、以降の説明では、簡単のために、これら６行６列のマトリクスを利用して説明する。
【００３３】
ここで、適合条件と釣り合い条件について図３を用いて説明する。図３（Ａ）は、ワイヤーハーネスの一部位を３つの梁要素で示した図であり、図３（Ｂ）は、３つの梁要素に拘束条件を設定するための３軸をそれぞれ合成した図であり、図３（Ｃ）は、図３（Ｂ）の３つの梁要素を結合した状態を示す図である。
【００３４】
ここでは、まず簡単のために、図３（Ａ）で示すように、ワイヤーハーネスにおいて枝線やクランプの存在しない３つの梁要素Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３からなる部位につて考える。すなわち、この部位は、図３（Ｂ）に示すように、３つの梁要素Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３で表わされるものとして設定する。この場合、梁要素Ｃ１の節点１β及び梁要素Ｃ２の節点２αの変位は等しくなり、これら両節点に加わる力も釣り合うことになる。同様に、梁要素Ｃ２の節点２β及び梁要素Ｃ３の節点３αの変位も等しくなり、これら両節点に加わる力も釣り合うことになる。したがって、これら変位の連続性と力の釣り合いの条件を満たすことで、梁要素Ｃ１及びＣ２、梁要素Ｃ２及びＣ３を、図３（Ｃ）に示すように、結合することができる。
【００３５】
なお、図中、
Ｆｘｉ：ｉ番要素のｘｉ軸方向の力
Ｆｙｉ：ｉ番要素のｙｉ軸方向の力
Ｆｚｉ：ｉ番要素のｚｉ軸方向の力
Ｍｘｉ：ｉ番要素のｘｉ軸周りのモーメント
Ｍｙｉ：ｉ番要素のｙｉ軸周りのモーメント
Ｍｚｉ：ｉ番要素のｚｉ軸周りのモーメント
Ｕｘｉ：ｉ番要素のｘｉ軸方向の変位
Ｕｙｉ：ｉ番要素のｙｉ軸方向の変位
Ｕｚｉ：ｉ番要素のｚｉ軸方向の変位
θｘｉ：ｉ番要素のｘｉ軸方向の角変位
θｙｉ：ｉ番要素のｙｉ軸方向の角変位
θｚｉ：ｉ番要素のｚｉ軸方向の角変位
を示し、
ｉ＝１α、１β、２α、２β、３α、３βである。
【００３６】
例えば、上記梁要素Ｃ１は、上記式（２）と同様の形式で示すと、以下の式（３）のように表される。
【００３７】
【数２】
【００３８】
梁要素Ｃ２、Ｃ３も式（３）と同様に表し、これら梁要素Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３を図３（Ｃ）に示すように結合し、梁要素Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３における上記変位の連続性と力の釣り合いを上記式（３）と同様の形式で示すと、以下の式（４）のようになる。
【００３９】
【数３】
【００４０】
ここで、式（４）中の６行６列のマトリクスＫ１（１，１）、Ｋ１（１，２）、Ｋ１（２，１）及びＫ１（２，２）は上記式（３）で示した通り梁要素Ｃ１に対応するものであり、同様に、Ｋ２（１，１）、Ｋ２（１，２）、Ｋ２（２，１）及びＫ２（２，２）は梁要素Ｃ２に対応し、Ｋ３（１，１）、Ｋ３（１，２）、Ｋ３（２，１）及びＫ３（２，２）は梁要素Ｃ３に対応するものである。但し、Ｍ１２で示すＫ１（２，２）とＫ２（１，１）とが重なっている部分、並びに、Ｍ２３で示すＫ２（２，２）とＫ３（１，１）とが重なっている部分は、それらの各構成要素が足し合わされたものとなる。
【００４１】
ちなみに、上記式（４）を簡単に表すと、
［Ｋ］｛ｘ｝＝｛Ｆ｝
となる。
なお、［Ｋ］を剛性マトリクス、｛ｘ｝を変位ベクトル、｛Ｆ｝を力ベクトルとよぶ。
【００４２】
このような考え方は、図示しない４つ以上の梁要素に分割されたワイヤーハーネスや、図４に示すようなオフセット型クランプが取り付けられたワイヤーハーネスにも拡張することができる。図４は、本発明で前提となるオフセット型クランプの一例を示す斜視図である。図５（Ａ）は、オフセット型クランプが取り付けられたワイヤーハーネスを梁要素で示した図であり、図５（Ｂ）は、図５（Ａ）における各節点に拘束条件を設定するための３軸を合成した図である。
【００４３】
図４において、オフセット型クランプ３は上述したように、固定部３１、オフセット部３２及び係止部３３とから基本構成される。固定部３１はワイヤーハーネスの所定部位に締め付け固定される。係止部３３は、車両ボディ等の一部に設けられられた取付穴（不図示）に係止される。この例では、取付穴は長穴であり、これにともない係止部３３も長穴凸状をしている。すなわち、このオフセット型クランプ３は、３軸廻りに共に回転拘束されることになる。
【００４４】
このようなオフセット型クランプ３をモデル化するために、本発明では、オフセット型クランプ３に対して、図４で示すように、第１梁要素Ｃａ１、第２梁要素Ｃａ２、第３梁要素Ｃａ３を想定する。第１梁要素Ｃａ１は、係止部３３の回転軸に一致する。第２梁要素Ｃａ２は、第１梁要素Ｃａ１に直交し、このクランプ３の面向きに一致する。クランプ３の面向きとは、係止部３３の回転軸、すなわち、第１梁要素Ｃａ１に直交する向きである。第３梁要素Ｃａ３は、オフセット部３２に対応し、第１梁要素Ｃａ１及び第２梁要素Ｃａ２との交点Ｎａ３とワイヤーハーネスへの取付部位（請求項のワイヤーハーネスの所定部位）に対応する点Ｎ１とを結合する。計算を簡単にするために、第１梁要素Ｃａ１及び第２梁要素Ｃａ２の長さは、上記ワイヤーハーネスの梁要素Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３と同等とし、第２梁要素Ｃａ２は梁要素Ｃ２と平行にしている。なお、図中、１′はモデル化されたワイヤーハーネスを示す。
【００４５】
このような第１梁要素Ｃａ１、第２梁要素Ｃａ２、第３梁要素Ｃａ３を、図３（Ａ）に示したような梁要素Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３で表されたワイヤーハーネスに結合すると、図５（Ａ）に示すようになる。そして、ここでも、各節点における変位の連続性と力の釣り合いの条件を満たすことで、全梁要素Ｃ１〜Ｃ３、Ｃａ１〜Ｃａ３を、図５（Ｂ）に示すように、結合することができる。紙面の都合上、梁要素Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３と、第１梁要素Ｃａ１、第２梁要素Ｃａ２、第３梁要素Ｃａ３とは分離されているが、実際的には、これらは図５（Ａ）に示すように結合される。なお、図５（Ａ）の節点Ｎａ１、Ｎａ２及びＮａ３はそれぞれ、図５（Ｂ）の点５β、６β及び４βに対応する。
【００４６】
なお、図中、
Ｆｘｉ：ｉ番要素のｘｉ軸方向の力
Ｆｙｉ：ｉ番要素のｙｉ軸方向の力
Ｆｚｉ：ｉ番要素のｚｉ軸方向の力
Ｍｘｉ：ｉ番要素のｘｉ軸周りのモーメント
Ｍｙｉ：ｉ番要素のｙｉ軸周りのモーメント
Ｍｚｉ：ｉ番要素のｚｉ軸周りのモーメント
Ｕｘｉ：ｉ番要素のｘｉ軸方向の変位
Ｕｙｉ：ｉ番要素のｙｉ軸方向の変位
Ｕｚｉ：ｉ番要素のｚｉ軸方向の変位
θｘｉ：ｉ番要素のｘｉ軸方向の角変位
θｙｉ：ｉ番要素のｙｉ軸方向の角変位
θｚｉ：ｉ番要素のｚｉ軸方向の角変位
を示し、
ｉ＝１α、１β、２α、２β、３α、３β、４α、４β、５α、５β、６α、６βである。
【００４７】
このように梁要素を結合する場合、例えば、節点Ｎ１に結合された第３梁要素Ｃａ３を、上記梁要素Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３における上記変位の連続性と力の釣り合いを上記式（３）と同様の形式で示すと、以下の式（５）のように拡張することができる。
【００４８】
【数４】
【００４９】
ここで、６行６列のマトリクスＫ４（１，１）、Ｋ４（１，２）、Ｋ４（２，１）及びＫ４（２，２）は上記Ｋ１（１，１）、Ｋ１（１，２）、Ｋ１（２，１）及びＫ１（２，２）と同様である。
【００５０】
そして、第３梁要素Ｃａ３が結合された梁要素Ｃ１〜Ｃ３、すなわち、梁要素Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４における上記変位の連続性と力の釣り合いを上記式（４）と同様の形式で示すと、以下の式（６）のようになる。
【００５１】
【数５】
【００５２】
ここで、式（６）中の６行６列のマトリクスＫ１（１，１）、Ｋ１（１，２）、Ｋ１（２，１）及びＫ１（２，２）は梁要素Ｃ１に対応し、Ｋ２（１，１）、Ｋ２（１，２）、Ｋ２（２，１）及びＫ２（２，２）は梁要素Ｃ２に対応し、Ｋ３（１，１）、Ｋ３（１，２）、Ｋ３（２，１）及びＫ３（２，２）は梁要素Ｃ３に対応し、Ｋ４（１，１）、Ｋ４（１，２）、Ｋ４（２，１）及びＫ４（２，２）は梁要素Ｃ４に対応するものである。但し、Ｍ１２４で示すＫ１（２，２）とＫ２（１，１）とＫ４（１，１）とが重なっている部分、Ｍ２３で示すＫ２（２，２）とＫ３（１，１）とが重なっている部分は、それらの各構成要素が足し合わされたものとなる。
【００５３】
なお、第３梁要素Ｃａ３の一方の端点、すなわち、節点Ｎａ３に結合される第１梁要素Ｃａ１及び第２梁要素Ｃａ２も同様にして、梁要素Ｃ１〜Ｃ３と合成して表すことができる。図示しないが、梁要素Ｃ１〜Ｃ３に梁要素Ｃａ１〜Ｃａ３が合成されると、式（６）が拡張された形式で表すことができる。このようにして、オフセット型クランプが取り付けられたワイヤーハーネスに対して、有限要素モデルを作成することができる。なお、４つ以上の梁要素や複数のオフセット型クランプが取り付けられたワイヤーハーネスについても、同様に扱うことができる。なお、上記のような一般的なマトリックス有限要素法の基本は、例えば、上記非特許文献１中でも紹介されている。
【００５４】
このようなワイヤーハーネスの数式モデルに対して、例えば、ワイヤーハーネスの形状特性及び材料特性として、予め取得可能な長さｌ、断面積Ａ、断面２次モーメントＩ、断面２次極モーメントＪ、縦弾性係数Ｅ及び横弾性係数Ｇを上記（４）や式（６）のように表される有限要素モデルのマトリクスＫｉからなる剛性マトリクス［Ｋ］に代入し、拘束条件として、図８に示したような拘束自由度に対応する座標情報を同有限要素モデルの変位ベクトル｛ｘ｝の一部に代入し、未知数である変位ベクトル｛ｘ｝をコンピュータを利用して求めることにより、ワイヤーハーネスの経路予測等の計算をすることができる。この解を求める際には、周知の弧長法や陽解法が利用可能である。
【００５５】
このように、本発明の実施形態によれば、ワイヤーハーネスと共に、従来なされてなかったオフセット型クランプも正確にモデル化される。したがって、より現実に則したワイヤーハーネスの経路予測等ができるようになる。
【００５６】
なお、本発明は、図４に示したタイプのオフセット型クランプのみならず、図６（Ａ）に示すように、固定部３１′による固定方向が図４とは異なり、ワイヤーハーネス１′の延長方向にオフセット部３２が延びたようなオフセット型クランプや、図６（Ｂ）に示すような、図６（Ａ）のオフセット型クランプのオフセット部３２がやや起立したようなオフセット部３２′を有するオフセット型クランプにも、各パラメータ値を適宜設定することにより同様に適用可能である。また、これら以外のオフセット型支持部材にも同様に適用可能である。更に、本発明は、車両内に配線されるワイヤーハーネスに限定されず、屋内に配線されるワイヤー様構造物にも、同様に適用可能である。本発明は、その主旨の範囲を逸脱しない範囲で小変更されたものも含む。
【００５７】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１発明によれば、ワイヤーハーネスに対応する複数の梁要素と同様に、オフセット型支持部材のオフセット部も梁要素で表して、この梁要素の端点における拘束自由度を設定することにより、オフセット型支持部材を含むあらゆる支持部材がモデル化できるようになる。したがって、より現実に則したワイヤーハーネスの経路予測等ができるようになる。
【００５８】
請求項２記載の発明によれば、ワイヤーハーネスに対応する複数の梁要素と同様に、オフセット型支持部材を、係止部の回転軸に対応する第１梁要素と、第１梁要素に直交し、このクランプの面向きに対応する第２梁要素と、オフセット部に対応し、第１梁要素及び第２梁要素との交点と所定部位に対応する点とを結合する第３梁要素と、で表し、第１梁要素〜第３梁要素のそれぞれの端点における拘束自由度を設定することにより、オフセット型支持部材をより正確にモデル化できるようになる。したがって、更に現実に則したワイヤーハーネスの経路予測等ができるようになる。
【００５９】
請求項３記載の発明によれば、第２梁要素は、ワイヤーハーネスに割り当てられた複数の梁要素のうちで、第３梁要素に接する梁要素のうちのひとつと同長かつ平行にしている。したがって、ワイヤーハーネスの経路予測を行う際の計算量を削減することができる。
【００６０】
請求項４記載の発明によれば、拘束自由度として、それぞれの端点における３次元空間を表す３軸の、各軸方向の変位及び各軸廻りの回転に関する自由度をそれぞれ設定するようにしているので、非常に詳細にオフセット型支持部材をモデル化することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（Ａ）は、ワイヤーハーネスの外観を示す図であり、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）のワイヤーハーネスを離散化した様子を示す図であり、図１（Ｃ）は、図１（Ａ）のワイヤーハーネスを梁要素と節点とで表した図である。
【図２】梁要素と節点とで表したワイヤーハーネスにおける自由度を説明するための図である。
【図３】図３（Ａ）は、ワイヤーハーネスの一部位を３つの梁要素で示した図であり、図３（Ｂ）は、３つの梁要素に拘束条件を設定するための３軸をそれぞれ合成した図であり、図３（Ｃ）は、図３（Ｂ）の３つの梁要素を結合した状態を示す図である。
【図４】本発明で前提となるオフセット型クランプの一例を示す斜視図である。
【図５】図５（Ａ）は、オフセット型クランプが取り付けられたワイヤーハーネスを梁要素で示した図であり、図５（Ｂ）は、図５（Ａ）における各節点に拘束条件を設定するための３軸を合成した図である。
【図６】図６（Ａ）及び図６（Ｂ）は、本発明が適用可能な他のオフセット型クランプを例示する斜視図である。
【図７】本発明に係るワイヤーハーネスの全体形状を概略的に示す図である。
【図８】従来、行われていたコネクタやクランプ等に対する拘束自由度の設定方法を示す図である。
【符号の説明】
１ ワイヤーハーネス
３ オフセット型クランプ（オフセット型支持部材）
３１ 固定部
３２ オフセット部
３３ 係止部
Ｃ１〜Ｃ７ 梁要素
Ｃａ１ 第１梁要素
Ｃａ２ 第２梁要素
Ｃａ３ 第３梁要素
Ｎ０〜Ｎ７、Ｎａ１〜Ｎａ３ 節点
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の線条材が束ねられてなるワイヤーハーネスを複数の梁要素が結合された弾性体とみなしてモデル化し、このワイヤーハーネスの経路予測等を有限要素法を用いて計算する際に、ワイヤーハーネスに取り付けられる支持部材をモデル化する方法に関し、特に、支持部材としてのオフセット型クランプをモデル化する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、車両等においては多種多様の電装品が搭載されるようになっており、それらは、複数の電線や通信線がインシュロック等の結束部材やテープ等の保護部材によって束ねられた、いわゆる、ワイヤーハーネスで接続されている。図７は、本発明に係るワイヤーハーネスの全体形状を概略的に示す図である。
【０００３】
図７に示すように、ワイヤーハーネス１は、各端部に電装品等と接続されるコネクタ２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄが取り付けられている。また、その中間部には各種クランプ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄが取り付けられ、更に、分岐点４を有している。
【０００４】
上記各コネクタ２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄは、電装品側の相手方コネクタの固定位置及びその装着方向に応じて所定の位置に着脱可能に固定され、ワイヤーハーネスの端部を完全拘束する。また、上記各クランプ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄは、ワイヤーハーネスの所定部位を、電装品の筐体やステー等の所定位置に完全拘束又は回転拘束する。
【０００５】
ところで、近年、ワイヤーハーネスの経路予測等のために、コンピュータを利用した設計支援システムが利用されることが多くなった。例えば、ワイヤーハーネスの経路予測等の計算の際には、ワイヤーハーネスと共に各クランプもモデル化される。このモデル化では、ワイヤーハーネスの形状特性や材料特性等と共に、クランプやコネクタが取り付けられるワイヤーハーネス上の各点における拘束条件として、拘束自由度がそれぞれ各点に設定される。以下に、従来、行われていたコネクタやクランプ等に対する拘束自由度の設定方法について説明する。
【０００６】
図８は、従来、行われていたコネクタやクランプ等に対する拘束自由度の設定方法を示す図である。図８において、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸は、ワイヤーハーネス上の各節点（又はノードともよぶ）における右手ローカル座標系での直行する３軸に対応する。例えば、Ｚ軸をクランプ軸と一致するようにしているが、これらの決定方法は適宜変更可能である。なお、図中、参考のために、分岐点の拘束自由度についても示している。
【０００７】
ここで、クランプについて説明を加える。クランプには、基本的に、長穴クランプ及び丸穴クランプがある。丸穴クランプは、回転クランプともよばれ、ワイヤーハーネスを保持する台座部とステー等に設けられた丸穴形状の取付穴に挿入される支持脚とから構成される。丸穴クランプは、Ｚ軸（取付部位に鉛直方向）廻りに回転自由である。
【０００８】
一方、長穴クランプは、固定クランプともよばれ、ワイヤーハーネスを保持する台座部とステー等に設けられた長穴形状の取付穴に挿入される支持脚とから構成される。この支持脚の断面形状は、取付穴と略同様の長穴形状をしている。長穴クランプは、Ｚ軸廻りに回転拘束されている。更に、長穴クランプ及び丸穴クランプには、Ｘ軸（ワイヤーハーネスの長手方向）廻りに回転自由である、コルゲート長穴クランプ及びコルゲート丸穴クランプもある。
【０００９】
このようなクランプ等の支持部材の拘束自由度の設定方法は、下記特許文献１又は特許文献２においても示されている。
【００１０】
【特許文献１】
特開２００１−２５１７４１号公報（図４）
【特許文献２】
特願２００２−２７９５０２
【非特許文献１】
Ｂ．ナス著「マトリックス有限要素法」ブレイン図書出版株式会社出版、１９７８年８月１０日、ｐ．７−１５
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、実際的には、ワイヤーハーネスの支持部材の中には、図４に示すようなオフセット型クランプ３（請求項のオフセット型支持部材に対応する）も存在する。オフセット型クランプ３は、ワイヤーハーネスへの取り付け時にワイヤーハーネスの所定部位に固定される固定部３１と、ワイヤーハーネスが配策されるべき車両ボディ（請求項のベースに対応する）の一部に設けられられた取付穴に係止される係止部３３と、所定のオフセット長を有して固定部３１と係止部３３とを結合するオフセット部３２と、から構成される。
【００１２】
しかしながら、上述の従来の設定方法では、このようなオフセット型クランプ３を正確に表現できない。特に、オフセット部３２によるオフセット長が、上述の従来の設定方法ではモデルに反映されない。このため、従来、オフセット型クランプ３は、図８中の他の類似の支持部材に近似して、拘束自由度を設定しモデル化されたり、或いは、オフセット型クランプ３は使用されないものとして想定して、ワイヤーハーネスの経路予測等を行なわざるを得なかった。したがって、オフセット型クランプ等のオフセット型支持部材も正確にモデル化された、より現実に則したワイヤーハーネスの経路予測等が求められている。
【００１３】
よって本発明は、上述した現状に鑑み、オフセット型支持部材も正確にモデル化して、より現実に則したワイヤーハーネスの経路予測等に役立つ方法を提供することを課題としている。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するためになされた請求項１記載のオフセット型支持部材のモデル化方法は、複数の線条材が束ねられてなるワイヤーハーネスを複数の梁要素が結合された弾性体とみなしてモデル化し、このワイヤーハーネスの経路予測等を有限要素法を用いて計算する際に、前記ワイヤーハーネスに取り付けられるワイヤーハーネス支持部材をモデル化する方法であって、前記支持部材は、取り付け時に前記ワイヤーハーネスの所定部位に固定される固定部と、前記ワイヤーハーネスが配策されるべきベースの一部に設けられられた取付穴に係止される係止部と、所定のオフセット長を有して前記固定部と前記係止部とを結合するオフセット部と、から構成されるオフセット型支持部材であって、前記ワイヤーハーネスに対応する複数の梁要素と同様に、前記オフセット部も前記オフセット長に対応する梁要素で表して、この梁要素の端点における拘束自由度を設定することにより、前記オフセット型支持部材をモデル化する、ことを特徴とする。
【００１５】
請求項１記載の発明によれば、ワイヤーハーネスに対応する複数の梁要素と同様に、オフセット型支持部材のオフセット部も梁要素で表して、この梁要素の端点における拘束自由度を設定することにより、オフセット型支持部材を含むあらゆる支持部材がモデル化できるようになる。
【００１６】
上記課題を解決するためになされた請求項２記載のオフセット型支持部材のモデル化方法は、複数の線条材が束ねられてなるワイヤーハーネスを複数の梁要素が結合された弾性体とみなしてモデル化し、このワイヤーハーネスの経路予測等を有限要素法を用いて計算する際に、前記ワイヤーハーネスに取り付けられるワイヤーハーネス支持部材をモデル化する方法であって、前記支持部材は、取り付け時に前記ワイヤーハーネスの所定部位に固定される固定部と、前記ワイヤーハーネスが配策されるべきベースの一部に設けられられた取付穴に係止される係止部と、所定のオフセット長を有して前記固定部と前記係止部とを結合するオフセット部と、から構成されるオフセット型支持部材であって、前記オフセット型支持部材を、前記係止部の回転軸に対応する第１梁要素と、前記第１梁要素に直交し、このクランプの面向きに対応する第２梁要素と、前記オフセット部に対応し、前記第１梁要素及び前記第２梁要素との交点と前記所定部位に対応する点とを結合する第３梁要素と、で表し、前記第１梁要素〜前記第３梁要素のそれぞれの端点における拘束自由度を設定することにより、前記オフセット型支持部材をモデル化する、ことを特徴とする。
【００１７】
請求項２記載の発明によれば、ワイヤーハーネスに対応する複数の梁要素と同様に、オフセット型支持部材を、係止部の回転軸に対応する第１梁要素と、第１梁要素に直交し、このクランプの面向きに対応する第２梁要素と、オフセット部に対応し、第１梁要素及び第２梁要素との交点と所定部位に対応する点とを結合する第３梁要素と、で表し、第１梁要素〜第３梁要素のそれぞれの端点における拘束自由度を設定することにより、オフセット型支持部材をより正確にモデル化できるようになる。
【００１８】
上記課題を解決するためになされた請求項３記載のオフセット型支持部材のモデル化方法は、請求項２記載のモデル化方法において、前記第２梁要素は、前記ワイヤーハーネスに割り当てられた複数の梁要素のうちで、前記第３梁要素に接する梁要素のうちのひとつと同長かつ平行にする、ことを特徴とする。
【００１９】
請求項３記載の発明によれば、第２梁要素は、ワイヤーハーネスに割り当てられた複数の梁要素のうちで、第３梁要素に接する梁要素のうちのひとつと同長かつ平行にしている。したがって、ワイヤーハーネスの経路予測を行う際の計算量を削減することができる。
【００２０】
上記課題を解決するためになされた請求項４記載のオフセット型支持部材のモデル化方法は、請求項２又は３記載のモデル化方法において、前記拘束自由度として、前記それぞれの端点における３次元空間を表す３軸の、各軸方向の変位及び各軸廻りの回転に関する自由度をそれぞれ設定する、ことを特徴とする。
【００２１】
請求項４記載の発明によれば、拘束自由度として、それぞれの端点における３次元空間を表す３軸の、各軸方向の変位及び各軸廻りの回転に関する自由度をそれぞれ設定するようにしているので、非常に詳細にオフセット型支持部材をモデル化することが可能となる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
まず、オフセット型クランプを含むワイヤーハーネスの経路設計等のために、本発明では有限要素法が用いられる。このため、ワイヤーハーネス及びクランプに対して、有限要素モデルが作成される。そこで、まず、図１及び図２を参照しながら、有限要素法を用いるために前提となる仮定条件、利用される理論及び基本式の概略について説明する。なお、本明細書中、コネクタもクランプの一種であるとみなしている。
【００２３】
図１（Ａ）は、ワイヤーハーネスの外観を示す図であり、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）のワイヤーハーネスを離散化した様子を示す図であり、図１（Ｃ）は、図１（Ａ）のワイヤーハーネスを梁要素と節点とで表した図である。図２は、梁要素と節点とで表したワイヤーハーネスにおける自由度を説明するための図である。
【００２４】
まず、本発明では、この有限要素法を用いるに際し、以下のような仮定をする。
▲１▼．ワイヤーハーネスを弾性体と仮定する。
▲２▼．ワイヤーハーネスを梁要素が結合されたものと仮定する。
▲３▼．各梁要素に線形性が保たれるものと仮定する。
▲４▼．ワイヤーハーネスの断面を円形であると仮定する。
【００２５】
次に、ワイヤーハーネスを離散化する。すなわち、図１（Ａ）に示すように、複数の電線１１がテープ１２等の保護部材によって束ねられたワイヤーハーネス１は連続体とみなすことができる。次に、図１（Ｂ）に示すように、このようなワイヤーハーネス１を、いくつかの梁要素Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、…に分割（離散化）する。すなわち、ワイヤーハーネスは１本のロープのようなものなので、有限個の梁要素をつなげたものとみなすことができる。
【００２６】
したがって、図１（Ｃ）に示すように、モデル化されたワイヤーハーネス１′は、複数の梁要素Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、…を複数のノードＮ０、Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３、…で結合したものとして表すことができる。梁要素に必要な特性値は以下の通りである。
長さｌ（図１（Ｂ）参照）
断面積Ａ（図１（Ｂ）参照）
断面２次モーメントＩ
断面２次極モーメントＪ
密度ρ
縦弾性係数Ｅ
横弾性係数Ｇ
【００２７】
そして、図２に示すように、各梁要素Ｃ（Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、…）はそれぞれ、２つの節点α及び節点βを有する。３次元空間においては、節点αは、３つの並進成分と３つの回転成分を持ため、合計６つの自由度を持つ。また、節点βも同様である。したがって、梁要素Ｃは１２自由度を持つことになる。
【００２８】
なお、図中、
Ｆｘｉ：ｉ番要素のｘｉ軸方向の力
Ｆｙｉ：ｉ番要素のｙｉ軸方向の力
Ｆｚｉ：ｉ番要素のｚｉ軸方向の力
Ｍｘｉ：ｉ番要素のｘｉ軸周りのモーメント
Ｍｙｉ：ｉ番要素のｙｉ軸周りのモーメント
Ｍｚｉ：ｉ番要素のｚｉ軸周りのモーメント
Ｕｘｉ：ｉ番要素のｘｉ軸方向の変位
Ｕｙｉ：ｉ番要素のｙｉ軸方向の変位
Ｕｚｉ：ｉ番要素のｚｉ軸方向の変位
θｘｉ：ｉ番要素のｘｉ軸方向の角変位
θｙｉ：ｉ番要素のｙｉ軸方向の角変位
θｚｉ：ｉ番要素のｚｉ軸方向の角変位
αは左側の節点、βは右側の節点
を示す。
【００２９】
ところで、振動してない静的な力による構造物の変位は、弾性範囲内では、以下の式（１）に示すフックの法則が成り立つことが知られている。
Ｋｘ＝Ｆ…（１）
ここで、Ｋ：ばね定数、ｘ：変位、Ｆ：力
を示す。
【００３０】
また、図２で示した梁要素Ｃにも同様にフックの法則が成り立つことが知られている。但し、梁要素Ｃは、上記のように１２自由度をもつため、以下の式（２）で示すように、１２行１２列のマトリクスと１２行のベクトルとで、力と変位との関係を表現することができる。
【００３１】
【数１】
なお、式（２）において、１２行１２列のマトリクスを、４つの６行６列のマトリクスに分割し、それぞれをＫｉ（１，１）、Ｋｉ（１，２）、Ｋｉ（２，１）及びＫｉ（２，２）とする。そして、以降の説明では、簡単のために、これら６行６列のマトリクスを利用して説明する。
【００３３】
ここで、適合条件と釣り合い条件について図３を用いて説明する。図３（Ａ）は、ワイヤーハーネスの一部位を３つの梁要素で示した図であり、図３（Ｂ）は、３つの梁要素に拘束条件を設定するための３軸をそれぞれ合成した図であり、図３（Ｃ）は、図３（Ｂ）の３つの梁要素を結合した状態を示す図である。
【００３４】
ここでは、まず簡単のために、図３（Ａ）で示すように、ワイヤーハーネスにおいて枝線やクランプの存在しない３つの梁要素Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３からなる部位につて考える。すなわち、この部位は、図３（Ｂ）に示すように、３つの梁要素Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３で表わされるものとして設定する。この場合、梁要素Ｃ１の節点１β及び梁要素Ｃ２の節点２αの変位は等しくなり、これら両節点に加わる力も釣り合うことになる。同様に、梁要素Ｃ２の節点２β及び梁要素Ｃ３の節点３αの変位も等しくなり、これら両節点に加わる力も釣り合うことになる。したがって、これら変位の連続性と力の釣り合いの条件を満たすことで、梁要素Ｃ１及びＣ２、梁要素Ｃ２及びＣ３を、図３（Ｃ）に示すように、結合することができる。
【００３５】
なお、図中、
Ｆｘｉ：ｉ番要素のｘｉ軸方向の力
Ｆｙｉ：ｉ番要素のｙｉ軸方向の力
Ｆｚｉ：ｉ番要素のｚｉ軸方向の力
Ｍｘｉ：ｉ番要素のｘｉ軸周りのモーメント
Ｍｙｉ：ｉ番要素のｙｉ軸周りのモーメント
Ｍｚｉ：ｉ番要素のｚｉ軸周りのモーメント
Ｕｘｉ：ｉ番要素のｘｉ軸方向の変位
Ｕｙｉ：ｉ番要素のｙｉ軸方向の変位
Ｕｚｉ：ｉ番要素のｚｉ軸方向の変位
θｘｉ：ｉ番要素のｘｉ軸方向の角変位
θｙｉ：ｉ番要素のｙｉ軸方向の角変位
θｚｉ：ｉ番要素のｚｉ軸方向の角変位
を示し、
ｉ＝１α、１β、２α、２β、３α、３βである。
【００３６】
例えば、上記梁要素Ｃ１は、上記式（２）と同様の形式で示すと、以下の式（３）のように表される。
【００３７】
【数２】
梁要素Ｃ２、Ｃ３も式（３）と同様に表し、これら梁要素Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３を図３（Ｃ）に示すように結合し、梁要素Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３における上記変位の連続性と力の釣り合いを上記式（３）と同様の形式で示すと、以下の式（４）のようになる。
【００３９】
【数３】
ここで、式（４）中の６行６列のマトリクスＫ１（１，１）、Ｋ１（１，２）、Ｋ１（２，１）及びＫ１（２，２）は上記式（３）で示した通り梁要素Ｃ１に対応するものであり、同様に、Ｋ２（１，１）、Ｋ２（１，２）、Ｋ２（２，１）及びＫ２（２，２）は梁要素Ｃ２に対応し、Ｋ３（１，１）、Ｋ３（１，２）、Ｋ３（２，１）及びＫ３（２，２）は梁要素Ｃ３に対応するものである。但し、Ｍ１２で示すＫ１（２，２）とＫ２（１，１）とが重なっている部分、並びに、Ｍ２３で示すＫ２（２，２）とＫ３（１，１）とが重なっている部分は、それらの各構成要素が足し合わされたものとなる。
【００４１】
ちなみに、上記式（４）を簡単に表すと、
［Ｋ］｛ｘ｝＝｛Ｆ｝
となる。
なお、［Ｋ］を剛性マトリクス、｛ｘ｝を変位ベクトル、｛Ｆ｝を力ベクトルとよぶ。
【００４２】
このような考え方は、図示しない４つ以上の梁要素に分割されたワイヤーハーネスや、図４に示すようなオフセット型クランプが取り付けられたワイヤーハーネスにも拡張することができる。図４は、本発明で前提となるオフセット型クランプの一例を示す斜視図である。図５（Ａ）は、オフセット型クランプが取り付けられたワイヤーハーネスを梁要素で示した図であり、図５（Ｂ）は、図５（Ａ）における各節点に拘束条件を設定するための３軸を合成した図である。
【００４３】
図４において、オフセット型クランプ３は上述したように、固定部３１、オフセット部３２及び係止部３３とから基本構成される。固定部３１はワイヤーハーネスの所定部位に締め付け固定される。係止部３３は、車両ボディ等の一部に設けられられた取付穴（不図示）に係止される。この例では、取付穴は長穴であり、これにともない係止部３３も長穴凸状をしている。すなわち、このオフセット型クランプ３は、３軸廻りに共に回転拘束されることになる。
【００４４】
このようなオフセット型クランプ３をモデル化するために、本発明では、オフセット型クランプ３に対して、図４で示すように、第１梁要素Ｃａ１、第２梁要素Ｃａ２、第３梁要素Ｃａ３を想定する。第１梁要素Ｃａ１は、係止部３３の回転軸に一致する。第２梁要素Ｃａ２は、第１梁要素Ｃａ１に直交し、このクランプ３の面向きに一致する。クランプ３の面向きとは、係止部３３の回転軸、すなわち、第１梁要素Ｃａ１に直交する向きである。第３梁要素Ｃａ３は、オフセット部３２に対応し、第１梁要素Ｃａ１及び第２梁要素Ｃａ２との交点Ｎａ３とワイヤーハーネスへの取付部位（請求項のワイヤーハーネスの所定部位）に対応する点Ｎ１とを結合する。計算を簡単にするために、第１梁要素Ｃａ１及び第２梁要素Ｃａ２の長さは、上記ワイヤーハーネスの梁要素Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３と同等とし、第２梁要素Ｃａ２は梁要素Ｃ２と平行にしている。なお、図中、１′はモデル化されたワイヤーハーネスを示す。
【００４５】
このような第１梁要素Ｃａ１、第２梁要素Ｃａ２、第３梁要素Ｃａ３を、図３（Ａ）に示したような梁要素Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３で表されたワイヤーハーネスに結合すると、図５（Ａ）に示すようになる。そして、ここでも、各節点における変位の連続性と力の釣り合いの条件を満たすことで、全梁要素Ｃ１〜Ｃ３、Ｃａ１〜Ｃａ３を、図５（Ｂ）に示すように、結合することができる。紙面の都合上、梁要素Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３と、第１梁要素Ｃａ１、第２梁要素Ｃａ２、第３梁要素Ｃａ３とは分離されているが、実際的には、これらは図５（Ａ）に示すように結合される。なお、図５（Ａ）の節点Ｎａ１、Ｎａ２及びＮａ３はそれぞれ、図５（Ｂ）の点５β、６β及び４βに対応する。
【００４６】
なお、図中、
Ｆｘｉ：ｉ番要素のｘｉ軸方向の力
Ｆｙｉ：ｉ番要素のｙｉ軸方向の力
Ｆｚｉ：ｉ番要素のｚｉ軸方向の力
Ｍｘｉ：ｉ番要素のｘｉ軸周りのモーメント
Ｍｙｉ：ｉ番要素のｙｉ軸周りのモーメント
Ｍｚｉ：ｉ番要素のｚｉ軸周りのモーメント
Ｕｘｉ：ｉ番要素のｘｉ軸方向の変位
Ｕｙｉ：ｉ番要素のｙｉ軸方向の変位
Ｕｚｉ：ｉ番要素のｚｉ軸方向の変位
θｘｉ：ｉ番要素のｘｉ軸方向の角変位
θｙｉ：ｉ番要素のｙｉ軸方向の角変位
θｚｉ：ｉ番要素のｚｉ軸方向の角変位
を示し、
ｉ＝１α、１β、２α、２β、３α、３β、４α、４β、５α、５β、６α、６βである。
【００４７】
このように梁要素を結合する場合、例えば、節点Ｎ１に結合された第３梁要素Ｃａ３を、上記梁要素Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３における上記変位の連続性と力の釣り合いを上記式（３）と同様の形式で示すと、以下の式（５）のように拡張することができる。
【００４８】
【数４】
ここで、６行６列のマトリクスＫ４（１，１）、Ｋ４（１，２）、Ｋ４（２，１）及びＫ４（２，２）は上記Ｋ１（１，１）、Ｋ１（１，２）、Ｋ１（２，１）及びＫ１（２，２）と同様である。
【００５０】
そして、第３梁要素Ｃａ３が結合された梁要素Ｃ１〜Ｃ３、すなわち、梁要素Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４における上記変位の連続性と力の釣り合いを上記式（４）と同様の形式で示すと、以下の式（６）のようになる。
【００５１】
【数５】
ここで、式（６）中の６行６列のマトリクスＫ１（１，１）、Ｋ１（１，２）、Ｋ１（２，１）及びＫ１（２，２）は梁要素Ｃ１に対応し、Ｋ２（１，１）、Ｋ２（１，２）、Ｋ２（２，１）及びＫ２（２，２）は梁要素Ｃ２に対応し、Ｋ３（１，１）、Ｋ３（１，２）、Ｋ３（２，１）及びＫ３（２，２）は梁要素Ｃ３に対応し、Ｋ４（１，１）、Ｋ４（１，２）、Ｋ４（２，１）及びＫ４（２，２）は梁要素Ｃ４に対応するものである。但し、Ｍ１２４で示すＫ１（２，２）とＫ２（１，１）とＫ４（１，１）とが重なっている部分、Ｍ２３で示すＫ２（２，２）とＫ３（１，１）とが重なっている部分は、それらの各構成要素が足し合わされたものとなる。
【００５３】
なお、第３梁要素Ｃａ３の一方の端点、すなわち、節点Ｎａ３に結合される第１梁要素Ｃａ１及び第２梁要素Ｃａ２も同様にして、梁要素Ｃ１〜Ｃ３と合成して表すことができる。図示しないが、梁要素Ｃ１〜Ｃ３に梁要素Ｃａ１〜Ｃａ３が合成されると、式（６）が拡張された形式で表すことができる。このようにして、オフセット型クランプが取り付けられたワイヤーハーネスに対して、有限要素モデルを作成することができる。なお、４つ以上の梁要素や複数のオフセット型クランプが取り付けられたワイヤーハーネスについても、同様に扱うことができる。なお、上記のような一般的なマトリックス有限要素法の基本は、例えば、上記非特許文献１中でも紹介されている。
【００５４】
このようなワイヤーハーネスの数式モデルに対して、例えば、ワイヤーハーネスの形状特性及び材料特性として、予め取得可能な長さｌ、断面積Ａ、断面２次モーメントＩ、断面２次極モーメントＪ、縦弾性係数Ｅ及び横弾性係数Ｇを上記（４）や式（６）のように表される有限要素モデルのマトリクスＫｉからなる剛性マトリクス［Ｋ］に代入し、拘束条件として、図８に示したような拘束自由度に対応する座標情報を同有限要素モデルの変位ベクトル｛ｘ｝の一部に代入し、未知数である変位ベクトル｛ｘ｝をコンピュータを利用して求めることにより、ワイヤーハーネスの経路予測等の計算をすることができる。この解を求める際には、周知の弧長法や陽解法が利用可能である。
【００５５】
このように、本発明の実施形態によれば、ワイヤーハーネスと共に、従来なされてなかったオフセット型クランプも正確にモデル化される。したがって、より現実に則したワイヤーハーネスの経路予測等ができるようになる。
【００５６】
なお、本発明は、図４に示したタイプのオフセット型クランプのみならず、図６（Ａ）に示すように、固定部３１′による固定方向が図４とは異なり、ワイヤーハーネス１′の延長方向にオフセット部３２が延びたようなオフセット型クランプや、図６（Ｂ）に示すような、図６（Ａ）のオフセット型クランプのオフセット部３２がやや起立したようなオフセット部３２′を有するオフセット型クランプにも、各パラメータ値を適宜設定することにより同様に適用可能である。また、これら以外のオフセット型支持部材にも同様に適用可能である。更に、本発明は、車両内に配線されるワイヤーハーネスに限定されず、屋内に配線されるワイヤー様構造物にも、同様に適用可能である。本発明は、その主旨の範囲を逸脱しない範囲で小変更されたものも含む。
【００５７】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１発明によれば、ワイヤーハーネスに対応する複数の梁要素と同様に、オフセット型支持部材のオフセット部も梁要素で表して、この梁要素の端点における拘束自由度を設定することにより、オフセット型支持部材を含むあらゆる支持部材がモデル化できるようになる。したがって、より現実に則したワイヤーハーネスの経路予測等ができるようになる。
【００５８】
請求項２記載の発明によれば、ワイヤーハーネスに対応する複数の梁要素と同様に、オフセット型支持部材を、係止部の回転軸に対応する第１梁要素と、第１梁要素に直交し、このクランプの面向きに対応する第２梁要素と、オフセット部に対応し、第１梁要素及び第２梁要素との交点と所定部位に対応する点とを結合する第３梁要素と、で表し、第１梁要素〜第３梁要素のそれぞれの端点における拘束自由度を設定することにより、オフセット型支持部材をより正確にモデル化できるようになる。したがって、更に現実に則したワイヤーハーネスの経路予測等ができるようになる。
【００５９】
請求項３記載の発明によれば、第２梁要素は、ワイヤーハーネスに割り当てられた複数の梁要素のうちで、第３梁要素に接する梁要素のうちのひとつと同長かつ平行にしている。したがって、ワイヤーハーネスの経路予測を行う際の計算量を削減することができる。
【００６０】
請求項４記載の発明によれば、拘束自由度として、それぞれの端点における３次元空間を表す３軸の、各軸方向の変位及び各軸廻りの回転に関する自由度をそれぞれ設定するようにしているので、非常に詳細にオフセット型支持部材をモデル化することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（Ａ）は、ワイヤーハーネスの外観を示す図であり、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）のワイヤーハーネスを離散化した様子を示す図であり、図１（Ｃ）は、図１（Ａ）のワイヤーハーネスを梁要素と節点とで表した図である。
【図２】梁要素と節点とで表したワイヤーハーネスにおける自由度を説明するための図である。
【図３】図３（Ａ）は、ワイヤーハーネスの一部位を３つの梁要素で示した図であり、図３（Ｂ）は、３つの梁要素に拘束条件を設定するための３軸をそれぞれ合成した図であり、図３（Ｃ）は、図３（Ｂ）の３つの梁要素を結合した状態を示す図である。
【図４】本発明で前提となるオフセット型クランプの一例を示す斜視図である。
【図５】図５（Ａ）は、オフセット型クランプが取り付けられたワイヤーハーネスを梁要素で示した図であり、図５（Ｂ）は、図５（Ａ）における各節点に拘束条件を設定するための３軸を合成した図である。
【図６】図６（Ａ）及び図６（Ｂ）は、本発明が適用可能な他のオフセット型クランプを例示する斜視図である。
【図７】本発明に係るワイヤーハーネスの全体形状を概略的に示す図である。
【図８】従来、行われていたコネクタやクランプ等に対する拘束自由度の設定方法を示す図である。
【符号の説明】
１ ワイヤーハーネス
３ オフセット型クランプ（オフセット型支持部材）
３１ 固定部
３２ オフセット部
３３ 係止部
Ｃ１〜Ｃ７ 梁要素
Ｃａ１ 第１梁要素
Ｃａ２ 第２梁要素
Ｃａ３ 第３梁要素
Ｎ０〜Ｎ７、Ｎａ１〜Ｎａ３ 節点
Claims (4)
- 複数の線条材が束ねられてなるワイヤーハーネスを複数の梁要素が結合された弾性体とみなしてモデル化し、このワイヤーハーネスの経路予測等を有限要素法を用いて計算する際に、前記ワイヤーハーネスに取り付けられるワイヤーハーネス支持部材をモデル化する方法であって、
前記支持部材は、
取り付け時に前記ワイヤーハーネスの所定部位に固定される固定部と、
前記ワイヤーハーネスが配策されるべきベースの一部に設けられられた取付穴に係止される係止部と、
所定のオフセット長を有して前記固定部と前記係止部とを結合するオフセット部と、から構成されるオフセット型支持部材であって、
前記ワイヤーハーネスに対応する複数の梁要素と同様に、前記オフセット部も前記オフセット長に対応する梁要素で表して、この梁要素の端点における拘束自由度を設定することにより、前記オフセット型支持部材をモデル化する、
ことを特徴とするオフセット型支持部材のモデル化方法。 - 複数の線条材が束ねられてなるワイヤーハーネスを複数の梁要素が結合された弾性体とみなしてモデル化し、このワイヤーハーネスの経路予測等を有限要素法を用いて計算する際に、前記ワイヤーハーネスに取り付けられるワイヤーハーネス支持部材をモデル化する方法であって、
前記支持部材は、
取り付け時に前記ワイヤーハーネスの所定部位に固定される固定部と、
前記ワイヤーハーネスが配策されるべきベースの一部に設けられられた取付穴に係止される係止部と、
所定のオフセット長を有して前記固定部と前記係止部とを結合するオフセット部と、から構成されるオフセット型支持部材であって、
前記オフセット型支持部材を、
前記係止部の回転軸に対応する第１梁要素と、
前記第１梁要素に直交し、このクランプの面向きに対応する第２梁要素と、
前記オフセット部に対応し、前記第１梁要素及び前記第２梁要素との交点と前記所定部位に対応する点とを結合する第３梁要素と、で表し、
前記第１梁要素〜前記第３梁要素のそれぞれの端点における拘束自由度を設定することにより、前記オフセット型支持部材をモデル化する、
ことを特徴とするオフセット型支持部材のモデル化方法。 - 請求項２記載のモデル化方法において、
前記第２梁要素は、
前記ワイヤーハーネスに割り当てられた複数の梁要素のうちで、前記第３梁要素に接する梁要素のうちのひとつと同長かつ平行にする、
ことを特徴とするオフセット型支持部材のモデル化方法。 - 請求項２又は３記載のモデル化方法において、
前記拘束自由度として、
前記それぞれの端点における３次元空間を表す３軸の、各軸方向の変位及び各軸廻りの回転に関する自由度をそれぞれ設定する、
ことを特徴とするオフセット型支持部材のモデル化方法。
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| JP2003190258A JP2005027428A (ja) | 2003-07-02 | 2003-07-02 | オフセット型支持部材のモデル化方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JPWO2008084516A1 (ja) * | 2007-01-10 | 2010-04-30 | 富士通株式会社 | 設計支援システム、方法、及びプログラム |
-
2003
- 2003-07-02 JP JP2003190258A patent/JP2005027428A/ja not_active Withdrawn
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