JP4301436B2 - 二輪車用ダミーモデルの生成方法 - Google Patents

Description

本発明は、二輪車用ダミーモデルの生成方法に係り、特に、四輪車用に開発されたダミー人形のFEM（Finite Element Method）モデルに基づいて二輪車用のFEMモデルを生成するダミーモデル生成方法に関する。

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FEMモデル（以下、ダミーモデルと表現する場合もある）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。このため、四輪車用のダミーモデルは、図６に示したように、両大腿部３１Ｒ，３１Ｌを閉じて膝部を鈍角に曲げた閉脚姿勢が基準となる。

これに対して、二輪車では両大腿部３１Ｒ，３１Ｌで燃料タンクを鋏み付け、膝部を鋭角に曲げた開脚姿勢が正規の乗車姿勢なので、ダミーモデルも、図７に示したように両大腿部が開いた姿勢を取らせる必要がある。しかしながら、図６に示した四輪車用のダミーモデルでは、両大腿部３１Ｒ，３１Ｌを開くと、その付け根部分が腰部側の付け根部分と干渉してしまう。そして、シミュレーション装置では、初めから接触している要素が存在すると計算を正常に実行することができないので、シミュレーション結果が得られないという技術課題があった。

なお、二輪車への乗車姿勢を取らせた際に干渉する箇所は上記大腿部と腰部とに限らず、大腿部と下腿部、あるいは下腿部と足首といったように、体中のいたる所が同様に干渉する。

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モデルに基づいて二輪車用のダミーモデルを生成するダミーモデル生成方法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、四輪車用ダミー人形のFEMモデルに基づいて二輪車用のFEMモデルを生成するダミーモデル生成方法において、以下のような手順を講じた点に特徴がある。

(1)四輪車用のFEMモデルに二輪車乗車姿勢を取らせた際に相互に干渉する部位を抽出する手順と、シミュレーションの実行中に相互に接触する要素に関して接触定義を行う手順とを含み、前記二輪車乗車姿勢において相互に干渉する部位の要素に関して接触定義を行わないことを特徴とする。

(2)四輪車用のFEMモデルに二輪車乗車姿勢を取らせた際に相互に干渉する部位を抽出する手順と、前記相互に干渉する部位の要素を、前記干渉が回避されるように修正する手順とを含むことを特徴とする。

上記した特徴(1)によれば、FEMモデルに二輪車乗車姿勢をとらせた際に干渉が生じる部分に関しては接触定義が行われず、接触が認識されないので、干渉の有無にかかわらずシミュレーションを継続できるようになる。

上記した特徴(2)によれば、FEMモデルに二輪車乗車姿勢をとらせた際に干渉が生じる部分に関しては、前記干渉が回避されるように要素が予め修正されるので、四輪車用のFEMモデルを二輪車用のFEMモデルとして利用できるようになる。

本発明によれば、四輪車用に開発されたために二輪車への乗車姿勢をとれないダミー人形の仮想モデルでも、コンピュータ内部に構築された仮想３次元空間内では、二輪車の仮想モデルに乗車させることが可能になる。したがって、四輪車用に開発されたダミー人形のFEMモデルを用いて二輪車の衝突シミュレーションなどを実行できるようになる。

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、干渉部位抽出部１１１および干渉部位修正部１１２を含み、入力操作部１２で検知された入力操作に基づいて前記四輪車用ダミーモデルを修正することにより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。

ステップＳ３では、前記FEMモデルに二輪車乗車姿勢をとらせた際に相互に干渉する部位が、前記干渉部位抽出部１１１により抽出される。例えば、図３に示した四輪車用のFEMモデル（ここでは、要部のみ）に二輪車乗車姿勢をとらせると、左右の大腿部３１Ｒ，３１Ｌが図４のように開脚されるので、例えば大腿部３１Ｒ，３１Ｌの付け根端面と腰部４１側の大腿部付け根端面４２Ｒ，４２Ｌとが相互に干渉してしまう。前記干渉部位抽出部１１１は、このように四輪車用のFEMモデルに二輪車乗車姿勢をとらせた際に相互に干渉する部位を抽出する。ステップＳ４では、前記抽出された干渉部位の要素が前記干渉部位修正部１１２により、前記干渉が回避されるように、前記入力操作部１２からのオペレータの修正操作に応じて修正（変形または削除）される。

図５(a)は、四輪車用FEMモデルの腰部４１の形状を示した図であり、大腿部付け根の端面４２Ｒ，４２Ｌが平坦かつ正面を指向している。したがって、大腿部を左右に拡げようとすると、特にハッチングで示した外側部４３Ｌ，４３Ｒが大腿部と干渉してしまう。本発明では、このようにFEMモデルに二輪車乗車姿勢をとらせた際に相互に干渉する部位の要素を修正することにより、前記干渉が回避されるようにしている。

さらに具体的に言えば、同図(b)では、腰部４１の大腿部付け根部分に関して、特にハッチングで示した外周部分の要素を薄く変形させて大腿部の可動範囲を確保することにより前記干渉を回避するようにしている。同図(c)では、腰部４１の大腿部付け根部分の要素を全て削除することにより、前記干渉を回避するようにしている。前記変形箇所あるいは削除箇所に関しては、メッシュ分割が必要に応じて実施される。

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、FEM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。

なお、上記した実施形態では、四輪車用のダミーモデルの干渉部分の要素を変形または削除することにより干渉を発生させないようにしたが、本発明はこれのみに限定されるものではなく、干渉する要素に関しては接触定義を行わない、換言すれば「入り込み」や「すり抜け」を許容することにより二輪車乗車姿勢を取れるようにしても良い。

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。 四輪車用FEMモデルの基本姿勢を示した図である。 FEMモデルの二輪車乗車姿勢を示した図である。 四輪車用FEMモデルを二輪車用FEMモデルに修正する方法を示した図である。 ダミーモデルの四輪車乗車姿勢を示した図である。 ダミーモデルの二輪車乗車姿勢を示した図である。

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…干渉部位抽出部，１１２…干渉部位修正部

Claims (1)

1. 四輪車用ダミー人形のFEMモデルに基づいて二輪車用のFEMモデルを生成するようにした二輪車用衝突シミュレーション装置において、
   両大腿部を閉じて膝部を鈍角に曲げた四輪車用ダミー人形のFEMモデルに、両大腿部を開いて膝部を鋭角に曲げた二輪車乗車姿勢を取らせた際に相互に干渉する部位を抽出する手段と、
   シミュレーションの実行中に相互に接触する要素に関して接触定義を行う手段と、
   前記相互に干渉する部位の要素に関しては接触定義を行わないことで、前記四輪車用ダミー人形のFEMモデルに基づいて二輪車用のFEMモデルを生成する手段と、
   前記二輪車用のFEMモデルによる衝突シミュレーション結果を出力する手段とを含むことを特徴とする二輪車用衝突シミュレーション装置。

Images