JP2015099444A - 原動機モジュールの動作範囲のシミュレーション方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複数のマウントを介して車両のボディに連結されるエンジンの動く範囲をシミュレートすることのできるシミュレーション方法を提供する。【解決手段】エンジンマウントの荷重たわみ特性線図に基づき、エンジンとボディとを連結する各エンジンマウント（ＲＨエンジンマウント、ＬＨエンジンマウント、トルクロッド）のそれぞれの代表点Ｐ１〜Ｐ３の可動範囲を定める（図２（ａ））。次に、任意のエンジンマウント（トルクロッド）を基準マウントとし、これを可動範囲内で変位させることで、残りのエンジンマウント（ＲＨエンジンマウント、ＬＨエンジンマウント）の変位をシミュレートする（図２（ｃ）、図２（ｄ））。そして、残りのエンジンマウントの変位が可動範囲を超えるものを排除し、超えないものに基づきエンジンの評価位置の可動範囲を算出する。【選択図】図２

Description

本発明は、少なくとも原動機を含む車載駆動系の部材であって且つ、複数のマウントを介して車両のボディに連結される原動機モジュールに適用される原動機モジュールの動作範囲のシミュレーション方法に関する。

たとえば特許文献１には、エンジンマウントの変位量を計測する変位量計測方法が記載されている。ここで、エンジンマウントの変位量を計測する目的は、エンジンマウントがボディに与える騒音、振動、ハーシュネスを評価することであると記載されている（段落「０００３」）。

特開２０１１−１４９７８３号公報

ところで、近年、ユーザが乗り込むスペースや、荷物が収容されるスペースを拡大する要求が大きくなっていることなどから、エンジン等の原動機や他の車載補機の配置スペースは低減される傾向にある。このため、車両の製造に際しては、少なくともエンジンを含む原動機モジュールが、これをボディに連結するマウントによって許容される範囲で変位することに起因して、原動機モジュールが他の部材に接触することがないようにすることにより大きな注意を喚起する必要が生じている。これに対し、原動機モジュールをマウントを介してボディに連結し、原動機モジュールを実際に車両に搭載した後に、原動機モジュールがエンジンマウントの許容する範囲で実際に変位させて原動機モジュールの変位を計測することが考えられる。しかし、原動機モジュールを実際に変位させることで原動機モジュールの変位を計測し、これにより、原動機モジュールが他の部材に接触するか否かを確認する場合、その後の修正によってすでに製造されている試作品の設計変更がなされることに起因してコスト高となるおそれがある。さらに、この場合、実物を利用した試行錯誤がなされることで製造時間も伸張しやすい。

本発明は、そうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、少なくとも原動機を含む車載駆動系の部材であって且つ、複数のマウントを介して車両のボディに連結される原動機モジュールについて、その動く範囲をシミュレートすることのできる原動機モジュールの動作範囲のシミュレーション方法を提供することにある。

以下、上記課題を解決するための手段およびその作用効果について記載する。
技術的思想１：少なくとも原動機を含む車載駆動系の部材であって且つ、複数のマウントを介して車両のボディに連結される原動機モジュールに適用され、前記複数のマウントのそれぞれの可動範囲を設定する範囲設定工程と、前記原動機モジュールの設計データに基づき前記複数のマウント同士の相対的な位置関係を設定する関係設定工程と、前記原動機モジュールを剛体と仮定しつつ前記複数のマウントのうちの１個を変位させる際の、残りのマウントの変位をコンピュータによってシミュレートするシミュレート工程と、前記シミュレート工程のシミュレーション結果のうち、前記残りのマウントの変位が前記可動範囲からはみ出すものを排除する排除工程と、前記排除工程によって排除されなかったシミュレーション結果に基づき、前記原動機モジュールの評価位置の動く範囲を特定する特定工程と、を有する原動機モジュールの動作範囲のシミュレーション方法。

上記方法では、原動機モジュールを剛体と仮定しつつ１個のマウントを変位させる際の、残りのマウントの変位をシミュレートする。そして、シミュレーション結果から、残りのマウントの変位が可動範囲からはみ出すものを排除することで、シミュレートを簡易に行いつつも、物理的にあり得ないシミュレーション結果を排除することができる。そして、排除されなかったシミュレーション結果に基づき、原動機モジュールの評価位置の動く範囲を算出する。この場合、原動機モジュールの設計データとマウントの稼働範囲との情報を取得することで、原動機モジュールの評価位置の動く範囲を算出することができるため、実際の原動機モジュールを用いることなく、その動く範囲を予測することができる。

一実施形態におけるエンジンの可動範囲の算出処理の手順を示す流れ図。 （ａ）〜（ｄ）は、同実施形態におけるエンジンマウントの変位のシミュレーション手法を示す図。 （ａ）〜（ｄ）は、同実施形態におけるシミュレーション結果を示す図。

以下、原動機モジュールの動作範囲のシミュレーション方法の一実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
本実施形態では、製造対象とする車両として、３個のエンジンマウントを介してエンジンとボディとが連結されるものを想定する。詳しくは、３個のエンジンマウントのうちの１個は、エンジンのロール成分を抑制するためのトルクロッドであり、残りの２個は、主にロール以外の振動を抑制するための部材である。ここで、本実施形態では、残りの２個として、エンジンの上部且つ左右のそれぞれとボディとを連結するための部材を想定している。以下では、３個のエンジンマウントを、トルクロッド、ＲＨエンジンマウント、およびＬＨエンジンマウントと称することもある。

図１は、試作品のエンジンを車両に搭載するに先立って実行されるエンジンの可動範囲の算出処理の手順である。この処理は、図示しないコンピュータによって実行される。
この一連の処理では、まずエンジンマウント座標、および各エンジンマウントの可動範囲を、コンピュータに入力する（Ｓ１０）。ここで、エンジンマウント座標は、ＣＡＤによって作成されたエンジンの設計データに基づき設定される。すなわち、エンジンの設計データに基づき、エンジンマウントの連結箇所を特定することで、エンジンに連結されるエンジンマウント同士の相対的な位置関係が定まる。このため、上記エンジンマウント座標は、３個のエンジンマウントの相対的な位置関係が、エンジンの設計データと整合するものとして設定される。なお、エンジンマウントの各絶対座標自体は、上記相対的な位置関係を満たす限りで任意でよいため、コンピュータが演算をするうえで都合のよい値に適宜設定すればよい。なお、各エンジンマウントの座標は、代表点によって定められる。本実施形態においては、代表点を、エンジンマウントの密度が一定であるとの現実に反する簡易な仮定をした場合のエンジンマウントの重心とする。

一方、上記エンジンマウントの可動範囲は、図２（ａ）に例示される荷重たわみ特性線図に基づき定めることができる。図２（ａ）は、３つのエンジンマウントのうちの１つ（ＬＨエンジンマウント）について、ｘ，ｙ，ｚ軸のうちの１つの軸方向におけるたわみと荷重との関係を示すものである。荷重たわみ特性線図は、エンジンマウントの仕様に応じて定まるものであるため、仕様に基づき取得される。図２（ａ）においては、たわみ量Γｍｍおよびたわみ量Δｍｍにおいて、荷重の絶対値が最大となっており、それ以上のたわみ量に対しては荷重が定義されていない。これは、エンジンマウントが、たわみ量Γｍｍおよびたわみ量Δｍｍ以上の変位を許容しないようにして設計されていることを意味している。このため、図２（ａ）においては、可動範囲とは、たわみ量Γｍｍとたわみ量Δｍｍとを一対の境界とする範囲のこととする。

図２（ａ）には、３個のエンジンマウントのそれぞれの可動範囲が立方体として示されている。なお、１つのエンジンマウントにおける可動範囲は、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸のそれぞれで互いに同じ長さとは限らないため、実際には、辺の長さに相違するものがある直方体であってもよい。また、図では、３個のエンジンマウントのそれぞれの可動範囲の大きさがほぼ等しく記載されているが、これに限らない。なお３個のエンジンマウントのそれぞれの可動範囲は、代表点Ｐ１〜Ｐ３のそれぞれの可動範囲として定義されている。

こうしてエンジンマウント座標および各エンジンマウントの可動範囲が入力されると、コンピュータは、エンジンを剛体と仮定して、エンジンマウントのうちの１個を、基準マウントとして設定し、この基準マウントを変位させた場合の残りの２個のエンジンマウントの変位をシミュレートする（Ｓ１２）。図２（ｂ）に、３個のエンジンマウントのうちの１つであるトルクロッドを基準マウントとした場合を示す。なお、エンジンマウントのそれぞれの可動範囲の占める容積に相違するものがある場合、基準マウントは、エンジンマウント（代表点Ｐ１〜Ｐ３）のうち、可動範囲の占める容積が最小のものとすることが望ましい。

図２（ｃ）は、基準マウントを可動範囲内で並進変位させた場合の残りのエンジンマウント（ＲＨエンジンマウント、ＬＨエンジンマウント）の変位のシミュレーション結果の一部を例示したものである。ここでは、コンピュータは、基準マウントの代表点Ｐ１を基準点とし、これを可動範囲内で変位させる。この際、コンピュータは、エンジンを剛体と仮定しつつ代表点Ｐ２，Ｐ３の変位をシミュレートすべく、代表点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３同士を結ぶ線状部材が代表点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３のそれぞれで連結された剛体と仮定する。この場合、コンピュータは、シミュレーション上で、たとえば、代表点Ｐ１をｘ軸方向に所定量だけ変位させることで、代表点Ｐ１および代表点Ｐ２を結ぶ線分や代表点Ｐ１および代表点Ｐ３を結ぶ線分の長さおよび方向を変化させないように、代表点Ｐ２，Ｐ３をｘ軸方向に所定量だけ変位させることとなる。

図２（ｄ）は、基準マウントを可動範囲内で、ｘ軸、ｙ軸、およびｚ軸の各軸の周りに回転させる場合の残りのエンジンマウントの変位のシミュレーション結果の一部を示す。ここでは、コンピュータは、基準マウントの代表点Ｐ１を、ｘ，ｙ，ｚ軸の周りに所定量だけ回転させる。この際、コンピュータは、エンジンを剛体と仮定しつつ代表点Ｐ２，Ｐ３の変位をシミュレートすべく、代表点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３同士を結ぶ線状部材が代表点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３のそれぞれで連結された剛体と仮定する。これにより、たとえば、代表点Ｐ１をｘ軸の周りに所定量だけ回転させる場合の代表点Ｐ２，Ｐ３の変位のシミュレーションは、代表点Ｐ１および代表点Ｐ２を結ぶ線や、代表点Ｐ１および代表点Ｐ３を結ぶ線を、代表点Ｐ１を通るｘ軸の周りに所定量回転させる場合の変位のシミュレーションとなる。

以上からわかるように、本実施形態では、各エンジンマウントの代表点Ｐ１〜Ｐ３のみの変位をシミュレートするものであり、この際、エンジン全体がどのような配置となるかをシミュレートしてはいない。

詳しくは、コンピュータは、任意の並進方向において、可動範囲内の様々な変位量を設定し、任意の並進方向において設定された各変位量のそれぞれについて、代表点を変位させる。また、代表点Ｐ１を通るｘ軸、ｙ軸、およびｚ軸のそれぞれにおいて、回転量を様々に設定し、設定されたそれぞれの回転量だけ上記各軸を回転させる。

コンピュータは、基準マウントの代表点を、任意の並進方向に特定の変位量だけ並進させるシミュレーションを行う都度、また、基準マウントの代表点を通る軸の周りに特定の回転量だけ回転させるシミュレーションを行う都度、そのシミュレーション結果に基づき、残りのマウントの位置が可動範囲内に収まるか否かを判断する（Ｓ１４）。この処理は、この変位が実際に生じうるものであるか否かを判断するためのものである。この処理は、ステップＳ１２におけるシミュレーションにおいて、エンジンを剛体と仮定したことに起因して、実際には生じ得ない結果が生じた場合に、これを識別するために設けられたものである。

そして、コンピュータは、残りのエンジンマウント（図２の例では、ＲＨエンジンマウントおよびＬＨエンジンマウントの代表点Ｐ２，Ｐ３）が、可動範囲内にないと判断する場合（Ｓ１４：ＮＯ）、そのシミュレーション結果に関するデータを不採用とし（Ｓ２０）、ステップＳ１２の処理に戻る。これに対し、コンピュータは、残りのエンジンマウントが可動範囲内にあると判断する場合（Ｓ１４：ＹＥＳ）、そのシミュレーション結果に関するデータを採用し（Ｓ１６）、シミュレーション結果に関するデータ量が十分であるか否かを判断する（Ｓ１８）。ここで、十分であるか否かは、シミュレーション結果の信頼性を確保できると想定される量を基準に判断すればよい。そしてコンピュータは、データ量が十分でないと判断する場合（Ｓ１８：ＮＯ）、ステップＳ１２に戻る。

一方、コンピュータは、シミュレーション結果に関するデータ量が十分と判断する場合（Ｓ１８：ＹＥＳ）、エンジンが物理的に動きうる範囲を特定して出力する（Ｓ２２）。ここで、本実施形態では、エンジン全体の可動範囲を求めるのではなく、エンジンのうち評価対象とする位置（評価位置）について、その可動範囲を求める。ここで、評価位置は、ユーザに予め入力させることで取得すればよい。評価位置としては、エンジンと車両内の他の部材との間隙が小さいために、特に評価が所望される位置が選択されるものと想定される。なお、評価位置としては、１点である必要はなく、複数の点であってもよい。

評価位置が定まると、エンジンの設計データと、シミュレーション結果に関するデータとに基づき、評価位置の可動範囲を算出することができる。すなわち、エンジンを剛体と仮定する場合、代表点Ｐ１〜Ｐ３のそれぞれと評価位置との相対的な位置関係は変化せず、エンジンの設計データによって特定される。このため、シミュレーション結果のデータに基づき、代表点Ｐ１〜Ｐ３の変位に伴う評価位置の変位を特定することができる。

図３に、評価位置の可動範囲の算出結果を例示する。ここでは、トルクロッドを基準マウントとし、ＲＨエンジンマウントおよびＬＨエンジンマウントの変位をシミュレートすることで、評価位置の可動範囲を算出した例を示した。図３（ａ）に、ＲＨエンジンマウントの代表点のｘ，ｚ平面における変位を示し、図３（ｂ）に、ＬＨエンジンマウントの代表点のｘ，ｚ平面における変位し、図３（ｃ）に、基準マウントとしてのトルクロッドの代表点のｘ，ｚ平面における変位を示し、図３（ｄ）に、評価位置のｘ，ｚ平面における可動範囲を示す。

こうして評価位置の可動範囲が算出されると、これに基づき、必要に応じて、エンジンマウントの配置や構造、エンジン以外の部材の配置、エンジンやエンジン以外の部材の形状変更等がなされる（相対距離設定工程）。これにより、エンジンの試作品を車両の試作品に搭載する際には、エンジンの変位に伴ってエンジンがエンジン以外の部材に接触する可能性を十分に低減することができる。

以下、本実施形態の作用について説明する。
本実施形態では、エンジンの設計データから定まるエンジンマウントの相対的な位置関係に基づき、エンジンを剛体と仮定しつつ基準マウントを任意に変位させる際の残りのエンジンマウントの変位のシミュレーション結果が可動範囲になる場合に、そのシミュレーション結果を採用する。そして、採用されたシミュレーション結果によるエンジンマウントの変位からエンジンの評価位置の変位を算出する。

以上説明した本実施形態によれば、以下に記載する効果が得られるようになる。
（１）エンジンマウントを変位させるシミュレーション結果に基づき、エンジンの可動範囲を算出した。これにより、エンジンの試作品を車両に搭載するに先立ち、ＣＡＤ上でのエンジン等の設計データができた時点で、エンジンの変位に伴ってエンジンが他の部材に接触するか否かを的確に判断することができる。

（２）エンジンのうちの指定された評価位置の可動範囲を求めることで、エンジン全体の可動範囲を求める場合と比較して、コンピュータによる演算負荷を低減することができる。

（３）基準マウントを変位させる際の残りのエンジンマウントの変位をシミュレートし、そのシミュレートされた変位が可動範囲内にある場合に、シミュレーション結果を採用した。これにより、エンジンを剛体と仮定する簡易なシミュレーションを行っているにもかかわらず、採用されたシミュレーション結果を、エンジンマウントに実際に生じる蓋然性の高い変位からなるものとすることができる。

（４）エンジンマウントの代表点Ｐ１〜Ｐ３同士を結ぶ線状部材が代表点Ｐ１〜Ｐ３のそれぞれで連結された剛体と仮定しつつ、基準マウントを変位させる際の残りのエンジンマウントの変位をシミュレートした。これにより、代表点Ｐ２，Ｐ３の変位のシミュレートにおいて、エンジン全体の動きを考慮する必要がないため、エンジンを剛体と見なすシミュレーションを簡易に行うことができる。

（５）エンジンマウントの変位をシミュレートする処理においては、エンジン自体の変位を考慮せず、シミュレーション結果に基づきエンジンの可動範囲を算出した。これにより、コンピュータによる演算負荷を低減することができる。

＜技術的思想と実施形態との対応＞
以下、上記「課題を解決するための手段」に記載された技術的思想と、実施形態との代表的な対応関係を記載する。

技術的思想１：原動機…エンジン、原動機モジュール…エンジン、マウント…ＲＨエンジンマウント、ＬＨエンジンマウント、トルクロッド、範囲設定工程…Ｓ１０，関係設定工程…Ｓ１０、シミュレート工程…Ｓ１２、排除工程…Ｓ２０、特定工程…Ｓ２２
＜その他の実施形態＞
なお、上記実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。

・上記実施形態では、エンジンの設計データに基づき、エンジンマウント同士の位置関係を定めた後、エンジンマウントを変位させるシミュレーションの過程においては、エンジンの設計データを利用しなかったが、これに限らない。たとえば、エンジンマウントを変位させるに際して、設計データに基づき、エンジンのうち評価位置がいかに変位するかをシミュレートしてもよい。これは、たとえば、各代表点および評価位置同士のそれぞれを結ぶ線状部材が代表点および評価位置のそれぞれで連結された剛体の変位をシミュレートすることで、実現することができる。またたとえば、エンジンマウントを変位させるに際して、エンジンの設計データに基づき、剛体と仮定されたエンジン全体がいかに変位するかをシミュレートしてもよい。この場合、シミュレーション結果として、エンジンの占めうる領域全体のデータが得られることとなる。ちなみに、この場合、エンジンの評価位置は、エンジンを構成する点全体となる。

・基準マウントを変位させる仕方としては、並進変位および回転の双方に限らず、たとえば並進変位のみ、または回転のみであってもよい。
・図１のステップＳ１２〜Ｓ２０の処理が完了する場合、エンジンが動きうる範囲を決定するに先立ち、基準マウントを変更し、ステップＳ１２〜Ｓ２０の処理を再度実行してもよい。この処理は、基準マウント以外のマウント（ＲＨエンジンマウントおよびＬＨエンジンマウント）の少なくとも一方について、シミュレーション結果が示す変位領域よりも可動範囲の方が広い場合に特に有効である。

・エンジンマウントの可動範囲としては、荷重たわみ特性線図から得られるものに限らない。たとえば、エンジンマウントがストッパを備える場合などにあっては、ストッパによってそれ以上の変位が規制されるときの変位量の情報を取得するようにしてもよい。

・エンジンマウントのそれぞれの座標（代表点）としては、上記実施形態で例示したものに限らず、たとえば、エンジンマウントのうちエンジンとの連結箇所の中心点としてもよい。

・エンジンマウントの数としては、３個に限らない。たとえば４個であってもよい。
・上記実施形態では、車載原動機としてエンジンを例示したがこれに限らず、たとえば電動機および発電機の少なくとも一方の機能を備えた回転機であってもよい。

・上記実施形態では、エンジン単体がエンジンマウントを介してボディに直接連結されるとしたが、これに限らない。たとえば、エンジン等の原動機が、トランスミッション等の他の駆動系の部材とともにモジュール化され、モジュール化された部材である原動機モジュールがマウントを介してボディに連結されることも考えられる。そしてこの場合、原動機モジュールが、ボディや車両に搭載される他の部材に接触することが問題となる。このため、この場合には、原動機モジュールの設計データに基づき、原動機モジュールの評価位置の可動範囲を算出することが望ましい。

Ｐ１〜Ｐ３…代表点。

Claims (1)

1. 少なくとも原動機を含む車載駆動系の部材であって且つ、複数のマウントを介して車両のボディに連結される原動機モジュールに適用され、
   前記複数のマウントのそれぞれの可動範囲を設定する範囲設定工程と、
   前記原動機モジュールの設計データに基づき前記複数のマウント同士の相対的な位置関係を設定する関係設定工程と、
   前記原動機モジュールを剛体と仮定しつつ前記複数のマウントのうちの１個を変位させる際の、残りのマウントの変位をコンピュータによってシミュレートするシミュレート工程と、
   前記シミュレート工程のシミュレーション結果のうち、前記残りのマウントの変位が前記可動範囲からはみ出すものを排除する排除工程と、
   前記排除工程によって排除されなかったシミュレーション結果に基づき、前記原動機モジュールの評価位置の動く範囲を特定する特定工程と、
   を有する原動機モジュールの動作範囲のシミュレーション方法。