JP2009043208A - サスペンションの挙動解析システムおよび挙動解析方法 - Google Patents

Abstract

【課題】挙動解析において、部品間の干渉の有無を判定をする。
【解決手段】モデル作成部２２は、サスペンションを構成する各部品の挙動解析用モデルを作成する。解析実行部２８は、作成されたモデルを用いて挙動解析を実行する。アニメーション表示部３０は、挙動解析の結果に基づき各部品の動きをアニメーション表示する。干渉評価部３２は、各部品の形状データを用いて各部品間の干渉判定を実施する。規制領域設定部３４は、干渉判定の結果から、挙動解析用モデルの動作が規制される規制領域を設定する。アニメーション表示部３０は、規制領域に含まれない範囲で各部品の動きをアニメーション表示する。
【選択図】図４

Description

本発明は、サスペンションを構成する各部品の動きをシミュレートする挙動解析技術に関する。

コンピュータの発達とともに、車両の設計においても数値解析によるシミュレーションが多用されるようになってきている。例えば、特許文献１には、ＣＡＤ図作成システムで生成された部品形状データを用いて、カム機構部品の各種解析を行う複合機構設計システムが開示されている。また、特許文献２には、ＣＡＤシステムを利用してサスペンションのシミュレーションモデルを作成する車両用サスペンションの設計支援方法が開示されている。
特開平６−１０３３４５号公報 特開２００１−２８２８６６号公報

しかしながら、上記特許文献においては、部品間の干渉を考慮した解析は実施されていない。例えば、自動車のサスペンションにおけるナックルストッパのように、他の部品との干渉によって挙動範囲を規制するような場合には、部品間の干渉の有無を判定する過程が不可欠になる。一般的な挙動解析ソフトウェアでは、各部品の形状データを有していないので、このような判定をすることはできない。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、部品間の干渉を考慮したサスペンションの挙動解析手法を提供することにある。

本発明のある態様は、サスペンションの挙動解析システムである。このシステムは、車両のサスペンションを構成する各部品の挙動解析用モデルを作成するモデル作成部と、作成されたモデルを用いて挙動解析を実行する解析実行部と、前記挙動解析の結果に基づき各部品の動きをアニメーション表示するアニメーション表示部と、各部品の形状データを用いて各部品間の干渉判定を実施する干渉評価部と、前記干渉判定の結果から、前記挙動解析用モデルの動作が規制される規制領域を設定する規制領域設定部と、を備える。前記アニメーション表示部は、前記規制領域に含まれない範囲で各部品の動きをアニメーション表示する。

この態様によると、サスペンションの挙動解析時に考慮できない部品間の干渉をアニメーション表示において考慮することを可能とした。これにより、現実のサスペンションと同様の動きをアニメーション表示できるようになる。

前記規制領域設定部は、前記サスペンションに車輪の最大操舵角を規定するナックルストッパが設けられているとき、ナックルストッパのために動作が規制される規制領域を設定してもよい。ナックルストッパの存在により動きが規制される領域を設定することで、現実のサスペンションと同様の動きがアニメーションで再現される。したがって、アニメーションを見ながらサスペンションの部品間の間隙評価を実施する際に、設計者がナックルストッパの干渉が生じているか否かを検討する必要がなくなる。

設定された前記規制領域を解除可能であってもよい。これにより、規制領域がある場合とない場合とでアニメーション表示がどのように変わるかを簡単に比較することができる。

なお、本発明を方法、装置、システム、記録媒体、コンピュータプログラムにより表現したもの、それらの表現を入れ替えたもの、本発明の処理の順序を入れ替えたものなどもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、部品間の干渉の有無を判定し、その判定結果に応じた挙動解析をすることが可能になる。

図１は、本発明の一実施形態における解析対象であるサスペンション７０の全体図である。ハブ７２は、車輪を外した状態で示されている。ハブ７２にはナックル７８が接続され、ナックル７８は、アッパーアーム７６とロアーアーム８０とを連結する。ロアーアーム８０は、平面視において略Ａ字形をなしており、車両の幅方向に延びる。ロアーアーム８０は、車両内側の末端に連結部８２を備えており、この連結部８２により図示しない車体側部材と揺動可能に連結される。また、ロアーアーム８０は、車両外側の連結部（図示せず）においてナックル７８と揺動可能かつ相対回転可能に連結される。

ナックル７８は、ハブ７２を介して車輪を相対回転可能に保持するとともに、ボールジョイント７９を介してアッパーアーム７６と連結される。また、ナックル７８は、図示しないタイロッドを介してステアリングコラムとも連結される。

アッパーアーム７６は、平面視において略Ｕ字形をなしており、車両の幅方向に延びる。アッパーアーム７６は、車両内側の末端に連結部８４を備えており、ゴムブッシュ等を介して図示しない車体側部材と揺動可能に連結される。アブソーバ７４は、ロアーアーム８０と車体側部材との間に取り付けられる。アブソーバ７４の上部は、アッパーアーム７６のＵ字形部の内側に配置される。

図２は、図１のロアーアーム８０とナックル７８の一部を示す。ロアーアーム８０には、側面の一箇所から突出させた突出部８０ａが設けられる。突出部８０ａの外周は丸みを持つように形成される。また、ナックル７８の一部を構成しロアーアーム８０から延びる軸８３の周りに回転する部品８５には、突出部８０ａの側を向いた平坦な面を有する当り部７８ａが設けられる。ナックルが回転したとき、突出部８０ａの丸みを持つ外周が当り部７８ａと当接することにより、これらはナックルストッパとしての機能を果たす。このように、突出部８０ａと当り部７８ａとを干渉させることで、ナックルの挙動を規制することができる。
なお、図２では、部品８５の片側にのみ当り部７８ａが設けられているが、部品８５の両側に設けられていてもよい。

一般に、ステアリングを切れる範囲が大きいと、通常の車高時においては最小回転半径が小さくなり、有利である。しかしながら、車高が下がった状態では、ステアリングを大きく切ると、回転部と他の部品との干渉が生じてしまう。上述のナックルストッパは、車高が上下している間にステアリングが操作されたとき、回転部が他の部品と干渉することを防止するために設けられる。ナックルストッパを構成する部品の形状によって、ナックルの動作可能挙動範囲が決まり、したがってタイヤの挙動も決まることになる。通常は、ナックルストッパを設けることで、タイヤの上下方向（以下、「バウンド」と呼ぶ）の移動可能範囲と、操舵によるタイヤの回転方向（以下、「ステア」と呼ぶ）の移動可能範囲は、ナックルストッパがないときよりも狭くなる。

図３は、従来技術によるサスペンションを構成する部品の挙動解析のフローチャートである。まず、サスペンションの挙動解析用モデルを作成する（Ｓ１０）。続いて、解析を実施するために必要な数値条件を入力する（Ｓ１２）。例えば、強制変位として、バウンド量とステア量を入力する。続いて、挙動解析モデルを用いて挙動解析を実行する（Ｓ１４）。解析結果に基づき、部品の動きをアニメーション表示する（Ｓ１６）。設計者は、アニメーション表示を見ながら、車高が上下したりステアリングを大きく切ったりしたときでも、サスペンションを構成する部品間に適切な距離が確保されているか否か、すなわち間隙評価を目視により実施する（Ｓ１８）。

しかしながら、従来の挙動解析システムでは、部品形状のデータを有していないので、部品間の干渉判定をシステム上で実施することができない。そのため、ナックルストッパの存在によるバウンド範囲またはステア範囲の規制を正確に再現することができなかった。言い換えると、従来の挙動解析システムでは、ナックルストッパが干渉するために現実には起こりえないようなバウンド範囲またはステア範囲においても、挙動解析が実施されることになる。上述の部品のアニメーション表示は、挙動解析に基づいてなされるため、設計者は、現実には起こりえないバウンド範囲またはステア範囲においてもアニメーションに基づいた間隙評価を実施してしまい、その結果、不必要な設計変更をしてしまう可能性がある。

そのような事態を避けるために、従来では、間隙評価の際に、ナックルストッパの干渉が生じているか否かを、別途作成したバウンドとステアの移動可能範囲の表などを適宜参照するようにしていた。したがって、作業時間が増大し、また作業ミスが発生する可能性もある。

そこで、以下では、ナックルストッパによる範囲の規制を意識することなく、設計者が間隙評価をできるようにした挙動解析システムについて説明する。

図４は、本実施形態によるＣＡＤシステムの概略構成を示す図である。ここに示す各ブロックは、ハードウェア的には、コンピュータのＣＰＵやメモリをはじめとする素子や電気回路で実現でき、ソフトウェア的にはコンピュータプログラム等によって実現されるが、ここでは、それらの連携によって実現される機能ブロックとして描いている。したがって、これらの機能ブロックはハードウェア、ソフトウェアの組合せによっていろいろなかたちで実現できることは、当業者には理解されるところである。

ＣＡＤシステム１０は、挙動解析システムと連携可能であるＣＡＤ（Computer Aided Design）であり、一例として、Dassault Systemes社（フランス）製のＣＡＴＩＡを利用できる。また、挙動解析システム２０は、ＣＡＤシステム上で動作するように構築され、解析モデルの構築、挙動解析の実行、アニメーション等の処理をＣＡＤシステム上で実施できるシステムであり、一例として、ＭＳＣ社（アメリカ）製のSimDesigner Suspensionを利用できる。なお、挙動解析システムの一部がＣＡＤシステム内に構築されていなくてもよい。

形状データ格納部１２は、ＣＡＤシステムを用いて作成されたソリッドモデルなどの形状モデルのデータが格納されている。距離測定部１４は、形状モデルのデータを利用し、部品間の最小距離を算出する。ＣＡＤ上での部品間の距離測定および干渉判定は当業者には周知なので、詳細な説明を省略する。

モデル作成部２２は、解析対象であるサスペンションを構成する部品について、挙動解析用のモデルをユーザからの指示にしたがって作成する。作成されたモデルは、モデル格納部２４に保持される。条件受付部２６は、挙動解析を実施するためにユーザ端末４０から入力される条件を受け付ける。本実施形態では、バウンド範囲、すなわちタイヤの上下方向の移動可能な範囲と、ステア範囲、すなわちタイヤの回転可能な範囲である。

解析実行部２８は、モデル格納部２４に格納されたモデルに対して条件受付部２６に入力された条件を与えたときの各部品の位置関係を解析する挙動解析を実行する。このような挙動解析は当業者には周知なので、詳細な説明を省略する。

アニメーション表示部３０は、形状データ格納部１２内の形状モデルのデータを読み出し、解析実行部２８による挙動解析の結果と紐付けして、形状モデルの各部品を動かすアニメーションを作成し、ユーザ端末４０に出力する。規制領域が設定された場合には、バウンド量とステア量が規制領域にかからない範囲で変化させるようにする。

干渉評価部３２は、距離測定部１４で測定された部品間の距離を参照し、その距離がゼロとなったときに、部品間で接触が生じたと判定する。規制領域設定部３４は、干渉評価部３２により部品が干渉したと判定されたときのバウンド量とステア量を記録し、干渉により現実のサスペンションでは移動し得ない範囲である規制領域を設定する。

図５は、挙動解析用モデル５０の一例を示す。図示するように、挙動解析モデルでは、実際の部品を基本形状のソリッドモデルとして表している。上下の三角形板５２、５６は、それぞれアッパーアームとロアーアームを表し、丸棒５８はタイロッドを表し、三角柱５４、丸棒６０はナックルを表し、円柱６２はハブを表している。挙動解析用モデル５０にはナックルストッパは表されない。したがって、挙動解析用モデルではナックルストッパによる干渉を判定できない。

図６（ａ）は、規制領域が設定されていないときのバウンド量とステア量の変位を示す。すなわち、縦軸の端から端までが、条件として入力されるバウンド範囲に相当し、横軸の端から端までが、同様にステア範囲に相当する。ナックルストッパによる干渉を考慮することで、図６（ｂ）のように、グラフの四隅に規制領域を設定することができる。アニメーション表示部３０は、この規制領域に含まれない範囲でバウンド量とステア量を変化させて、アニメーション表示を行う。この結果、ユーザ端末４０で表示されるアニメーションにおいて、ナックルストッパによる干渉が無視されることがなくなる。

図７は、本実施形態によるサスペンションの挙動解析のフローチャートである。
まずＣＡＤシステム１０において、サスペンションの実物に相当する形状の形状モデルを作成する（Ｓ３０）。この形状モデルは後述する干渉評価の際に使用される。次に、モデル作成部２２は、挙動解析用のサスペンションモデルを作成する（Ｓ３２）。作成された挙動解析モデルは、モデル格納部２４に格納される。

ユーザは、ユーザ端末４０を用いて、Ｓ３２で作成されたモデルを用いて挙動解析をするための数値条件を入力する（Ｓ３４）。ここで入力される条件としては、バウンド範囲とステア範囲などがある。

解析実行部２８は、モデルと数値条件を使用して、挙動解析を実行する（Ｓ３６）。これにより、サスペンションシステムの所定の点の移動可能範囲、一般的には、タイヤの車軸中心の移動可能範囲が求められる。

アニメーション表示部３０は、挙動解析の結果に基づき各部品の動きをアニメーション表示する（Ｓ３８）。例えば、アニメーション表示部３０は、バウンド量やステア量を最小値と最大値の間で種々の値に変化させたときのアニメーションを表示する。この段階では規制領域は設定されていない。したがって、アニメーション上でナックルストッパが干渉しても、アニメーションは停止せず、例えばナックルがロアーアームにめり込んだような映像が表示される。

続いて、干渉評価部３２は、サスペンションを構成する各部品間の干渉評価を実施する（Ｓ４０）。本実施形態では、ナックルストッパの干渉評価をする。つまり、バウンド量とステア量を種々の値に変化させた状態で、距離測定部１４は、ＣＡＤ形状モデルにおいてロアーアームの突出部とナックルの当り部との間の最小距離を測定し、干渉評価部３２は、距離がゼロになったとき、つまり突出部と当り部が接触したときのバウンド量とステア量とを記録する。バウンド量とステア量を適宜変化させて同様の測定を繰り返すことで、ナックルストッパが干渉するようなバウンド量とステア量とがわかる。規制領域設定部３４は、これらをまとめて規制領域として設定する（Ｓ４２）。

アニメーション表示部３０は、規制領域設定部３４から規制領域の情報を受け取り、規制領域に入らない範囲でバウンド量とステア量とを変化させ、各部品の動きをアニメーション表示する（Ｓ４４）。これにより、ナックルストッパが干渉したら、それ以上アニメーションが動くことがなくなる。つまり、現実のサスペンションと同様の動きが再現される。

ユーザは、アニメーションを見ながら、部品と部品の間に十分な間隙が確保されているか否かを確認する間隙評価を目視で行うことができる（Ｓ４６）。この際、ナックルストッパが干渉しているか否かを考慮する必要はない。

なお、規制領域は、後から自由に解除できるように設定することが好ましい。これにより、規制領域がある場合とない場合とでアニメーション表示がどのように変わるかを簡単に比較することができる。また、例えばナックルストッパの形状を変更してみて再度間隙評価をする場合などに、規制領域を解除することで、挙動解析の再実施をしなくてもよくなる。

以上説明したように、本実施形態によれば、サスペンションの挙動解析を実行する際に、ナックルストッパの存在により動きが規制される領域を設定することで、現実のサスペンションと同様の動きがアニメーションで再現されるようにした。これにより、サスペンションの間隙評価の際に、設計者がナックルストッパの干渉が生じているか否かを検討する必要がなくなるため、工数が削減されるとともに、干渉評価のミスを抑止することができる。

以上、本発明をいくつかの実施の形態をもとに説明した。これらの実施の形態はあくまで例示であり、実施の形態どうしの任意の組合せ、実施の形態の各構成要素や各処理プロセスの任意の組合せなどの変形例もまた、本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

本発明は、上述の各実施形態に限定されるものではなく、当業者の知識に基づいて各種の設計変更等の変形を加えることも可能である。各図に示す構成は、一例を説明するためのもので、同様な機能を達成できる構成であれば、適宜変更可能である。

上述の実施形態では、ナックルストッパによる干渉がある場合について説明したが、他の部品による干渉がある場合でも、同様の工程を踏むことで本発明を適用することができる。

実施の形態では、ユーザ端末４０とＣＡＤシステム１０、挙動解析システム２０が別々に存在することを述べたが、ユーザ端末内にＣＡＤシステムと挙動解析システムが組み込まれており、全ての作業をユーザ端末上で実施できる構成としてもよい。

本発明の一実施形態における解析対象であるサスペンションの全体図である。 図１のロアーアームとナックルの一部を示す図である。 従来技術によるサスペンションを構成する部品の挙動解析のフローチャートである。 一実施形態におけるＣＡＤシステムの機能ブロック図である。 挙動解析用モデルの一例を示す図である。 （ａ）は規制領域が設定されていないときのバウンド量とステア量の変位を示す図であり、（ｂ）は規制領域の一例を示す図である。 一実施形態によるサスペンションの挙動解析のフローチャートである。

符号の説明

１０ ＣＡＤシステム、 １２ 形状データ格納部、 １４ 距離測定部、 ２０ 挙動解析システム、 ２２ モデル作成部、 ２４ モデル格納部、 ２６ 条件受付部、 ２８ 解析実行部、 ３０ アニメーション表示部、 ３２ 干渉評価部、 ３４ 規制領域設定部、 ４０ ユーザ端末、 ７０ サスペンション、 ７２ ハブ、 ７４ アブソーバ、 ７６ アッパーアーム、 ７８ ナックル、 ７８ａ 当り部、 ８０ ロアーアーム、 ８０ａ 突出部。

Claims (4)

1. 車両のサスペンションを構成する各部品の挙動解析用モデルを作成するモデル作成部と、
   作成されたモデルを用いて挙動解析を実行する解析実行部と、
   前記挙動解析の結果に基づき各部品の動きをアニメーション表示するアニメーション表示部と、
   各部品の形状データを用いて各部品間の干渉判定を実施する干渉評価部と、
   前記干渉判定の結果から、前記挙動解析用モデルの動作が規制される規制領域を設定する規制領域設定部と、を備え、
   前記アニメーション表示部は、前記規制領域に含まれない範囲で各部品の動きをアニメーション表示することを特徴とするサスペンションの挙動解析システム。
2. 前記規制領域設定部は、前記サスペンションに車輪の最大操舵角を規定するナックルストッパが設けられているとき、ナックルストッパのために動作が規制される規制領域を設定することを特徴とする請求項１に記載の挙動解析システム。
3. 設定された前記規制領域を解除可能であることを特徴とする請求項１または２に記載の挙動解析システム。
4. サスペンションを構成する各部品の挙動解析用モデルを作成する工程と、
   作成されたモデルを用いて挙動解析を実行する工程と、
   各部品の形状データを用いて各部品間の干渉判定を実施する工程と、
   前記干渉判定の結果から、前記挙動解析用モデルの動作が規制される規制領域を設定する工程と、
   前記挙動解析の結果にしたがって、前記規制領域に含まれない範囲で各部品の動きをアニメーション表示する工程と、
   を含むことを特徴とするサスペンションの挙動解析方法。

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