JP3900431B2 - 二輪車用の衝突シミュレーション方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、二輪車用の衝突シミュレーション方法および装置に係り、特に、コンピュータ内部に構築された仮想３次元空間内で、四輪車用に開発されたダミー人形のFEM（Finite Element Method）モデルを用いて衝突シミュレーションを実施する方法および装置に関する。

乗員を模擬したダミー人形を乗せた状態の車両を実際に走行させて障害物に衝突させ、車両および乗員が受けるダメージを評価する衝突シミュレーション試験が知られている。しかしながら、実車およびダミー人形を用いた衝突試験は試験毎に車両の破壊やダミー人形の損傷を伴うために多額の費用と準備期間を要する。これに対して、車両やダミー人形の３次元仮想モデルを用いて、コンピュータ内部に構築された仮想３次元空間内で衝突シミュレーションを実施すれば、費用や準備期間を大幅に圧縮することができる。

非線形現象を解析するために開発された衝撃・構造解析ソフトウエア上で、車両の仮想モデルやダミー人形の仮想モデルに衝撃を加え、その挙動を解析する際、本来であれば衝突すべきパーツ同士がすり抜けてしまったり、現実にはめり込むことのないパーツがめり込んでしまうなどの不都合が生じる。

このような不都合を解消して現実の衝突に近いシミュレーションを実現にするために、従来のシミュレーション装置では、例えば特許文献１に開示されているように、「接触定義」と呼ばれる前処理が実行される。この接触定義では、衝突時に接触するパーツの硬度や材質などの条件が予め設定され、接触時の挙動がこれらの条件に基づいてシミュレーションされる。
特開平７−９８７７２号公報

上記した従来のダミー人形は四輪車の衝突シミュレーション用に開発されており、その仮想モデルであるダミーモデルも四輪車の衝突シミュレーション用に作成されていたので、これをそのまま二輪車用に適用すること不都合が生じる。

すなわち、従来のダミー人形では、図３に示したように、ジョイント部（関節）の可動範囲を確保するために、両上腕部付け根２１、両大腿部関節部２２および首付け根２３などに開口部が存在する。四輪車の衝突シミュレーションであれば、これらの開口部にパーツが接触する可能性がないので、これらの開口部を無視して衝突シミュレーションを実施しても正確な結果が得られる。

これに対して、二輪車の衝突シミュレーションでは、乗員が路上に投げ出されるなど、その挙動が四輪乗車時とは大きく異なるために、当該開口部２１，２２，２３にパーツが接触する場合がある。しかしながら、従来の四輪車用ダミー人形の仮想モデルでは前記開口部に面データが存在しないので、当該部分では接触条件を定義することができない。このために、衝突シミュレーションでパーツが開口部分に侵入しても両者の間に干渉が起こらず、すり抜けやめりこみが生じるので、挙動が収束せずにシミュレーションが停止したり、あるいはシミュレーション結果が得られたとしても、その信頼性が十分ではなかった。

本発明の目的は、上記した従来技術の課題を解決し、四輪車用に開発されたダミー人形の仮想モデルを用いて二輪車用の衝突シミュレーションを実施できる衝突シミュレーション方法および装置を提供することにある。

上記した目的を達成するために、本発明は、四輪車用のダミー人形の仮想モデルを用いて、コンピュータ内部に構築された仮想３次元空間内で二輪車の衝突シミュレーションを実施する衝突シミュレーション装置において、以下のような手段を講じた点に特徴がある。
(1)ダミー人形を模擬したダミーモデルを記憶する記憶手段
(2)ダミーモデルの開口部を覆うシェル要素を生成する手段
(3)ダミーモデルの開口部に前記シェル要素を合成して二輪車用のダミーモデルを生成する手段
(4)二輪車用ダミーモデルのFEMモデルに、接触条件を含む各種のテスト条件を設定する手段
(5)二輪車用FEMモデルに対して衝突シミュレーションを実行する手段

上記した特徴によれば、ダミーモデルの開口部にシェル要素が合成されるので、これに接触条件を設定すれば、開口部に侵入しようとするパーツがシェル要素と干渉し、すり抜けやめりこみを防止できる。

本発明によれば、以下のような効果が達成される。
(1)四輪車用に開発されたダミー人形の仮想モデルに基づいて二輪車用のダミーモデルを生成できる。
(2)二輪車用のダミーモデルを用いて衝突シミュレーションを実施することにより、二輪車の衝突に固有の現象を正確に再現できるようになる。

以下、図面を参照して本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。図１は、本発明に係る二輪車用衝突シミュレーション装置の主要部の構成を示したブロック図である。

ダミーモデル記憶部１０には、四輪車の衝突シミュレーション用に開発されたダミー人形を正確に模擬した三次元仮想モデルのデータ（ダミーデータ）が、メッシュ状に分割されたFEMモデルとして予め記憶されている。二輪車用ダミーモデル生成部１１は、面データ生成部１１１および面データ合成部１１２を含み、入力操作部１２から入力されるデータおよび前記四輪車用ダミーモデルに基づいて、その主要な開口部がシェル要素で覆われた二輪車用ダミーモデルを生成する。

テスト条件入力部１３からは、衝突シミュレーションの実施に際して予め設定すべき各種の条件が入力される。シミュレーション実行部１４は、前記入力されたテスト条件に基づいて前記二輪車用ダミーモデルに衝突シミュレーションを実施する。シミュレーション結果出力部１５は、前記衝突シミュレーションの結果を出力する。

次いで、図２のフローチャートを参照して、上記した二輪車用衝突シミュレーション装置の動作を説明する。

ステップＳ１では、衝突シミュレーションに使用する二輪車用ダミー人形のFEMモデルがダミーモデル記憶部１０に既に記憶されているか否かが判定される。最初は記憶されていないのでステップＳ２へ進む。ステップＳ２では、四輪車用ダミー人形のFEMモデルが前記ダミーモデル記憶部１０から読み出される。このFEMモデルでは、変形が予想される部分が細かく分割され、それ以外の箇所は大まかに分割されている。

図３は、前記ダミーモデルの一例を示した三次元グラフィック画像であり、上腕部付け根２１、両大腿部関節部２２および首付け根２３の各ジョイント部に開口部が存在している。なお、実際のモデルでは上記３箇所以外であっても各ジョイント部に開口部が存在するが、ここでは上記３箇所に限定して説明する。

ステップＳ３では、前記ダミーモデルの開口部を覆うシェル要素の面データが前記面データ生成部１１１において、前記入力操作部１２から入力されるデータに基づいて生成される。ステップＳ４では、前記面データ合成部１１２において、前記シェル要素の面データが前記四輪車用FEMモデルの開口部に形成されているノードに合わせて有限要素に分割される。すなわち、シェル要素の面データは、これが合成される開口部において前記四輪車用FEMモデルとノードを共有できるように有限要素に分割される。次いで、シェル要素のFEMモデルが四輪車用FEMモデルの開口部に合成され、前記開口部２１，２２，２３が前記シェル要素３１，３２，３３で覆われた二輪車用ダミーモデルが生成される。

図４は、前記二輪車用ダミーモデルの一例を示した三次元グラフィック画像であり、図３の四輪車用ダミーモデルと比較すれば、その開口部２１，２２，２３がシェル要素３１，３２，３３で覆われている。

ステップＳ５では、モデルの材料が定義される。ステップＳ６では、前記追加したシェル要素を含むダミーモデルの各部に対して、接触、強化、荷重等のテスト条件が設定され、二輪車用ダミー人形のFEMモデルとして前記ダミーモデル記憶部１０に記憶される。したがって、次回以降はステップＳ１からステップＳ１０へ進み、ダミーモデル記憶部１０から二輪車用ダミー人形のFEMモデルを読み込むだけで良い。

ステップＳ７では、前記FEMモデルの姿勢ポジションが二輪車への乗車姿勢に合わせて設定される。ステップＳ８では、衝撃・構造解析ソフトウエアが起動されてシミュレーションが実行される。ステップＳ９では、シミュレーションの結果がシミュレーション結果出力部１５から出力される。

本発明に係る二輪車用衝突シミュレーション装置の主要部の構成を示したブロック図である。 本発明に係る二輪車用衝突シミュレーション装置の動作を示したフローチャートである。 従来の四輪車用ダミーモデルの一例を示した図である。 二輪車用ダミーモデルの一例を示した図である。

符号の説明

１０…ダミーモデル記憶部，１１…二輪車用ダミーモデル生成部，１２…入力操作部，１３…テスト条件入力部，１４…シミュレーション実行部，１５…シミュレーション結果出力部，１１１…面データ生成部，１１２…面データ合成部

Claims (3)

1. ダミー人形の仮想モデルを用いて、コンピュータ内部に構築された仮想３次元空間内で二輪車の衝突シミュレーションを実施する衝突シミュレーション方法において、
   ダミー人形を模擬したダミーモデルに、その開口部を覆うシェル要素を合成して二輪車用のダミーモデルを生成する手順と、
   前記二輪車用ダミーモデルのFEMモデルに、接触条件を含む各種のテスト条件を設定する手順と、
   前記FEMモデルに対して衝突シミュレーションを実行する手順とを含むことを特徴とする二輪車用の衝突シミュレーション方法。
2. 前記開口部が、ダミー人形のジョイント部に、その可動範囲を確保するために形成された開口部に相当することを特徴とする請求項１に記載の二輪車用の衝突シミュレーション方法。
3. ダミー人形の仮想モデルを用いて、コンピュータ内部に構築された仮想３次元空間内で二輪車の衝突シミュレーションを実施する衝突シミュレーション装置において、
   ダミー人形を模擬したダミーモデルを記憶する記憶手段と、
   前記ダミーモデルの開口部を覆うシェル要素を生成する手段と、
   前記ダミーモデルの開口部に前記シェル要素を合成して二輪車用のダミーモデルを生成する手段と、
   前記二輪車用ダミーモデルのFEMモデルに、接触条件を含む各種のテスト条件を設定する手段と、
   前記FEMモデルに対して衝突シミュレーションを実行する手段とを含むことを特徴とする二輪車用の衝突シミュレーション装置。

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