JP4461840B2

JP4461840B2 - 車両用頭部衝撃吸収構造の設計支援装置及び車両用頭部衝撃吸収構造の設計支援プログラム

Info

Publication number: JP4461840B2
Application number: JP2004058555A
Authority: JP
Inventors: 裕二近藤
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2004-03-03
Filing date: 2004-03-03
Publication date: 2010-05-12
Anticipated expiration: 2024-03-03
Also published as: JP2005247081A

Description

本発明は、車両用頭部衝撃吸収構造の設計支援に係り、特に車体ピラー部に乗員の頭部が衝突するときの衝撃を吸収する衝撃吸収構造について設計支援を行う車両用頭部衝撃吸収構造の設計支援装置及び車両用頭部衝撃吸収構造の設計支援プログラムに関する。

近年、車両衝突時に乗員を保護する検討が盛んになされるようになってきている。車両衝突時の乗員頭部の傷害値を測定する基準として、米国連邦自動車安全基準ＦＭＶＳＳ２０１Ｕ（ＦｅｄｅｒａｌＭｏｔｏｒＶｅｈｉｃｌｅＳａｆｅｔｙＳｔａｎｄａｒｄｓ２０１Ｕ）が知られている。その試験方法は、ＦＭＶＳＳ２０１Ｕに定められた衝撃目標位置に水平角１０５〜１６５°、仰角−５−５０°で、質量４．５４ｋｇの乗員頭部のダミー（ＦｒｅｅＭｏｔｉｏｎＨｅａｄｆｏｒｍ：ＦＭＨと呼ばれる）を２４．５ｋｍ／ｈ以上（車両衝突速度５０２４ｋｍ／ｈ相当）の速度で衝突させる。そして、傷害値をＨｉｃ（ｄ）（Ｈｅａｄｉｎｊｕｒｙｃｒｉｔｅｒｉａｄ：ｄｕｍｍｙ）で表示しており、ＦＭＶＳＳ２０１Ｕでは、Ｈｉｃ（ｄ）＞１０００になると、乗員頭部の組織損傷につながるとされている。ここでＨｉｃ（ｄ）の式の解析から、傷害値が一番高くなるのは、乗員頭部が衝突する車両の部位のエネルギ吸収代が最小となる場合であると予想されている。

したがって、車両の設計において、車両内装のピラーガーニッシュの衝撃吸収構造をＦＭＶＳＳ２０１Ｕの定める方法で評価することが行われる。ここでピラーガーニッシュとは、車両における３種のピラー、前方からＡピラー、Ｂピラー、Ｃピラーと呼ばれる柱構造体を樹脂等の内装材で覆ったものをいう。図１２に、車両内部におけるＡピラーに対応するピラーガーニッシュの様子を示す。このピラーガーニッシュについていえば、そのエネルギ吸収ストロークは、柱構造部であるボディインナーと、ＦＭＨがピラーガーニッシュにぶつかった時のＦＭＨの当接位置との間の距離となり、この距離が最短となる方向に衝撃が加えられたときに、傷害値Ｈｉｃ（ｄ）が最大になると予想されることになる。

例えば特許文献１には、ボディインナーとピラーガーニッシュとの間にエネルギ吸収体が装着される構造において、ＦＭＶＳＳ２０１に基づき、ボディインナーから、ピラーガーニッシュの当接した頭部のダミーまでの距離が最短となる方向に衝撃が加えられたとき、エネルギ吸収ストロークを十分活用することのできるエネルギ吸収構造を開示している。

特開平１０−３１０００９号公報

車両においてピラーガーニッシュの設計にＦＭＶＳＳ２０１Ｕの評価方法を反映させるには、車体すなわちボディと、車両内装の設計において、ボディインナーとピラーガーニッシュを含むピラー部周りの評価をＦＭＶＳＳ２０１Ｕに定められる条件で行う必要がある。

ＦＭＶＳＳ２０１Ｕのエネルギ吸収ストロークを求めるには、ピラーガーニッシュにＦＭＨが所定の範囲で当接するときの位置と方向が必要である。例えば、次のような手順でＦＭＨの当接状態を求めることができる。
（１）車室内における乗員の頭部の重心位置を求める。
（２）ピラー部における衝撃位置の基準位置（例えばＡＰＲ又はＡＰ１等と呼ばれる）を求める。具体的には、ピラー部の天井の衝撃位置を基準位置とする。
（３）車室内の衝撃目標位置（例えばＡＰ２，ＡＰ３等と呼ばれる）を求める。Ａピラーについて衝撃基準位置ＡＰＲが求められると、それを基準にして、Ａピラー上の衝撃目標位置ＡＰ２，ＡＰ３が定められる。
（４）衝撃目標位置にＦＭＨを当接させる。
（５）衝撃目標位置に当接するＦＭＨの位置からボディインナーへ最短となる方向での距離を求め、これをエネルギ吸収ストロークとする。

これらの各過程は、ＣＡＤ（ＣｏｍｐｕｔｅｒＡｉｄｅｄＤｅｓｉｇｎ）装置を用い、それぞれ必要な作図と画面上の測定等を行うことで進めることが可能である。しかし、各過程ごとに、それぞれＦＭＶＳＳ２０１Ｕに詳細な定めがあり、各車両によって異なる意匠情報や構造情報に応じて、これらの各過程を一々ＦＭＶＳＳ２０１Ｕの定めを参照する必要があるので、設計者の手作業となることが多い。したがって、多大の時間と負荷を要し、またミスが発生することもある。

本発明の目的は、かかる従来技術の課題を解決し、車両用頭部衝撃吸収構造の設計支援をより容易とする車両用頭部衝撃吸収構造の設計支援装置及び車両用頭部衝撃吸収構造の設計支援プログラムを提供することである。

上記目的を達成するため、本発明では、設計支援装置にいわゆるパラメトリック設計を行う機能を有するものを用いる。ここで、パラメトリック設計とは、設計の手順を予め記憶しておき、初期値が与えられるとそこからスタートし、設計パラメータを順次変更し、設計目標に近づけるように自動設計を進めるものである。このように、設計支援装置が予め設計手順を記憶しているものを用いれば、入力データがその設計手順の想定している範囲にある限り、その入力データに対する最適の答えを自動で見つけてくれてその結果を出力してくれる。例えば、ＦＭＶＳＳ２０１Ｕの手順をテンプレート化してパラメトリック設計機能を有する設計支援装置に備えさせるだけで、ピラーガーニッシュの一般的な最適設計に引き続き、ＦＭＶＳＳ２０１Ｕに基づく衝撃吸収構造の設計支援を行うことができる。すなわち、すでに必要な車両の構造データ等は与えられており、またＦＭＶＳＳ２０１Ｕの手順をテンプレート化等で予め記憶されているので、必要な入力データを入れることで所定の設計や測定等を自動で行わせることができる。以下の課題解決手段は、このような設計支援装置を用いて行うものである。

本発明に係る車両用頭部衝撃吸収構造の設計支援装置は、車体ピラー部に乗員の頭部が衝突するときの衝撃を吸収する衝撃吸収構造について、ピラー部の設計目標条件を含む入力データに基づき、ピラー部の設計パラメータを順次変更して自動設計を行う設計支援装置であって、ピラー部の初期条件における３次元形状を出力する形状出力部と、出力されたピラー部の形状を含む入力データに基づき、米国連邦自動車安全基準に定める頭部傷害値測定に必要な車室内衝撃目標位置に関するデータを出力する衝撃目標位置出力部と、出力された車室内衝撃目標位置を含む入力データに基づき、衝撃時における乗員頭部のダミーの衝撃方向を出力するダミー衝撃方向出力部と、出力されたダミー衝撃方向を含む入力データに基づき、ピラー部のエネルギ吸収ストロークを出力するストローク出力部と、出力されたエネルギ吸収ストロークを含む入力データに基づき、ピラー部の設計パラメータを、目標のエネルギ吸収ストロークに向けて、初期形状から順次変更して自動設計を行い、その結果を出力する自動設計結果出力部と、を備えることを特徴とする。

また、衝撃目標位置出力部は、車両の構造情報及び乗員位置を含む入力データに基づき、乗員の頭部重心に関するデータを出力する頭部重心出力手段と、車両の構造情報及びピラー部の形状に基づき、ピラー部の衝撃基準位置を取得する衝撃基準位置取得手段と、取得した衝撃基準位置を含む入力データに基づき、車室内衝撃目標位置を出力する衝撃目標位置出力手段と、を含むことが好ましい。

また、本発明に係る設計支援装置において、さらに、自動設計の結果に基づいてユーザが行う指示を受け取る取得手段を備え、取得した指示に従って設計支援を行うことが好ましい。

また、本発明に係る車両用頭部衝撃吸収構造の設計支援プログラムは、車体ピラー部に乗員の頭部が衝突するときの衝撃を吸収する衝撃吸収構造について、ピラー部の設計目標条件を含む入力データに基づき、ピラー部の設計パラメータを順次変更して自動設計を行う設計支援装置上で実行される設計支援プログラムであって、設計支援装置に、ピラー部の初期条件における３次元形状を出力する形状出力処理手順と、出力されたピラー部の形状を含む入力データに基づき、米国連邦自動車安全基準に定める頭部傷害値測定に必要な車室内衝撃目標位置に関するデータを出力する衝撃目標位置出力処理手順と、出力された車室内衝撃目標位置を含む入力データに基づき、衝撃時における乗員頭部のダミーの衝撃方向を出力するダミー衝撃方向出力処理手順と、出力されたダミー衝撃方向を含む入力データに基づき、ピラー部のエネルギ吸収ストロークを出力するストローク出力処理手順と、出力されたエネルギ吸収ストロークを含む入力データに基づき、ピラー部の設計パラメータを、目標のエネルギ吸収ストロークに向けて、初期形状から順次変更して自動設計を行い、その結果を出力する自動設計結果出力処理手順と、を実行させることを特徴とする。

また、衝撃目標位置出力処理手順は、衝撃目標位置出力処理手順は、車両の構造情報及び乗員位置を含む入力データに基づき、乗員の頭部重心に関するデータを出力する頭部重心出力処理手順と、車両の構造情報及びピラー部の形状に基づき、ピラー部の衝撃基準位置を取得する衝撃基準位置取得処理手順と、取得した衝撃基準位置を含む入力データに基づき、車室内衝撃目標位置を出力する衝撃目標位置処理手順と、を実行させることが好ましい。

上記構成の少なくとも１つにより、設計支援装置は、ピラー部の初期条件の形状に基づき、ＦＭＶＳＳ２０１Ｕに定める車室内衝撃目標位置に関するデータを出力する。また、この出力に基づき、ＦＭＨの衝撃時の衝撃方向、エネルギ吸収ストロークを出力し、これにより、ピラー部の衝撃吸収構造について自動設計を行う。したがって、設計者の手作業を大幅に軽減し、車両用頭部衝撃吸収構造の設計支援をより容易とすることができる。

また、上記構成の少なくとも１つにより、ＦＭＶＳＳ２０１Ｕに定める車室内衝撃目標位置に関するデータにつき、乗員の頭部重心の位置、ピラー部の衝撃基準位置、車室内衝撃目標位置を出力する。これにより、ＦＭＶＳＳ２０１Ｕに定める手順につき、設計者の手作業を大幅に軽減し、車両用頭部衝撃吸収構造の設計支援をより容易とすることができる。

また、上記構成の少なくとも１つにより、自動設計の結果に基づくユーザの指示を取得し、これに従って設計支援を行う。すなわち、設計支援装置にユーザが介在することで、設計支援装置の有する設計手順に基づいた自動設計の機能をさらに効果的に発揮させ、当初の入力データが自動設計の設計手順の範囲を外れるときでも設計支援を適切に行うことができる。

以上のように、本発明に係る車両用頭部衝撃吸収構造の設計支援装置及び車両用頭部衝撃吸収構造の設計支援プログラムによれば、設計者の手作業を大幅に軽減し、車両用頭部衝撃吸収構造の設計支援をより容易とすることができる。

以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態に付き詳細に説明する。以下においては、設計支援の対象とする車両として、Ａピラー、Ｂピラー、Ｃピラーの３つのピラー部を備えるセダンタイプを取り上げているが、その他のピラー部を有するワゴン系の車両、あるいはＢピラーを備えないコンバーチブルトップ系の車両等であってもよい。また、座席の設定は４人乗りとして説明するが、それ以外の乗員数の車両であってもよい。また、ピラーガーニッシュには何も付属部品が設けられないものとして説明するが、例えば、アシストグリップ等が設けられるものとしてもよい。これらの場合については、それぞれ車室内衝撃目標位置に関するデータ等を、それぞれ修正することで、実施の形態について説明すると同様に、本発明が実施できる。また、設計支援装置は、独立の装置であってもよく、あるいはネットワークによって他の装置に接続されるものであってもよい。また、設計支援プログラムは、独立のプログラムであってもよく、すでにある設計支援プログラムに組み込まれるものであってもよい。

図１は、車両用頭部衝撃吸収構造の設計支援装置１０（以下、単に設計支援装置１０という）のブロック図である。設計支援装置１０は、ＣＰＵ１２とキーボード等の入力部１４、ディスプレイやプロッタ等の出力部１６、プログラムや設計結果等を記憶する記憶装置１８を含み、これらは内部バスで相互に接続される。入力部１４と出力部１６とは一部融合され、ディスプレイ上において対話式で入出力を行うことができる。また、外部のネットワークに接続する通信制御機能を有してもよい。かかる設計支援装置１０は、３次元設計に適したコンピュータ等で構成することができる。

ＣＰＵ１２は、ピラー部の初期条件となる形状を出力する初期形状出力部２０と、ＦＭＶＳＳ２０１Ｕに従った衝撃目標位置を求めて出力する衝撃目標位置出力部２２と、ＦＭＨの衝撃方向を出力するダミー衝撃方向出力部３０と、エネルギ吸収ストロークを測定して出力するストローク出力部３２と、目標のエネルギ吸収ストロークに向けて、ピラー部の自動設計を行いその結果を出力する自動設計部３４と、自動設計の結果に基づくユーザの指示を取得する指示取得部３６を含む。衝撃目標位置出力部２２は、さらに乗員の頭部重心位置を出力する頭部重心位置出力モジュール２４と、ピラー部の衝撃位置の基準を取得する衝撃基準位置取得モジュール２６と、車室内衝撃目標位置を求めて出力する衝撃目標位置出力モジュール２８を含む。これらの機能はソフトウエアによって実現することができ、具体的には対応する車両用頭部衝撃吸収構造設計支援プログラムを実行することで実現できる。また、各機能の一部をハードウエアで実現するように構成してもよい。

ＣＰＵ１２の各機能の詳細について、図２の設計支援の手順を示すフローチャートを用いて説明する。最初に、車両用頭部衝撃吸収構造設計支援に必要な前準備を行う（Ｓ１０）。用いる設計支援装置は、パラメトリック設計機能を有するものであるので、設計支援に必要な各段階ごとに、設計対象物の構成要素の定義、入力データ、設計目標条件、出力データ、設計手順等を予め定めた設計支援ツール（カプセル又はテンプレートと呼んでもよい）を準備しておく。

頭部衝撃吸収構造設計支援の初期条件となるピラー部の３次元形状等は、車両のピラー部の構造設計や意匠設計で行われたものを、パラメトリック設計支援装置に適合するように必要な手直しをして用いることができる。車両のピラー部の構造設計又は意匠を含む設計に、パラメトリック機能を用いた設計支援装置を用いているときは、この前準備は簡単になる。すなわち、ビラー部に関する車両の各構成要素の定義や、設計結果が既にあるので、これらをそのまま利用でき、不足している車両用頭部衝撃吸収構造の設計支援に必要なテンプレートを準備する。テンプレートは、パラメトリック機能を活用し、処理手順については、ＦＭＶＳＳ２０１Ｕに定めるもの及びこれに関わるノウハウ等の設計ナレッジに従って定め、その手順実行に必要な入力データと出力データを定義する。このテンプレートを用い、必要な入力データを与えれば、定められた手順を自動的に実行させ、その結果を出力データとして得ることができる。具体的なテンプレートの内容については、各手順のところで詳述する。したがって、ここでは、前準備工程（Ｓ１０）において、必要なテンプレートが揃い、また、頭部衝撃吸収構造設計支援の初期条件となるピラー部の構造設計データが既に与えられているものとする。

前準備工程が終わると、設計対象車両に用いるピラー部の形状タイプを選択する。具体的には、頭部衝撃吸収構造の断面の相違に着目したピラー部の断面構造の選択を行う（Ｓ１２）。断面選択は、ユーザ（設計者）の入力により行うことができる。図２で、断面選択工程（Ｓ１２）が破線で示してあるのは、ユーザの介在を示している。

断面選択に応じて、ピラー部の初期形状が読み出され出力される（Ｓ１４）。具体的には、ＣＰＵ１２の初期形状出力部２０の機能により、前準備工程（Ｓ１０）において記憶装置１８に格納されてあるピラー部初期形状データのファイルの中から選択されたピラー部の形状データが読み出され、出力部１６のディスプレイ上に出力される。出力されたデータについて、追加的に修正を行ってもよい。なお、ピラー部初期形状データのファイルには、ピラーガーニッシュを中心とするピラー部そのもののデータの他に、頭部衝撃吸収設計支援に必要な車両の構造、意匠データがまとめて格納されていると、あとの処理に便利である。

図３は、ピラー部４０の断面図の例である。ピラー部４０は、車体の構造体であるボディインナー４２と、車室内においてボディインナー４２を覆うピラーガーニッシュ４４を含み、ボディインナー４２とピラーガーニッシュ４４の間には適当な衝撃吸収材４６が配置される。車両の衝突等で乗員の頭部がピラーガーニッシュ４４に衝突すると、樹脂材等で構成されるピラーガーニッシュ４４が衝撃吸収材４６とともに変形し、衝撃を和らげる機能を有する。

次に、ピラー部を含む車両の３次元形状データに基づき、頭部重心に関するデータを求めこれを出力する工程が行われる（Ｓ１６）。具体的には、頭部重心位置出力モジュール２４の機能により、頭部重心に関するテンプレートが起動され、対象車両の３次元データと乗員情報を入力データとして、各乗員の頭部重心位置が３次元データ上で自動測定され、出力される。頭部重心に関するテンプレートは、ＭＶＳＳ２０１Ｕの規定及びそれに関するノウハウ等の設計ナレッジにより、以下に説明する手順を実行し、各乗員の頭部重心位置を算出する。

車両の座席に関する３次元データが与えられたときの、前席における乗員の頭部重心位置を求める場合を図４に、後席乗員の頭部重心位置を求める場合を図５に示す。いずれの図も（ａ）に平面図、（ｂ）に側面図を示し、車体を実線で、座席を破線で表してある。

前席乗員の頭部重心位置は、まず座席の標準位置（例えば後ろ側に引かれた位置を標準位置とできる）における座席５０の中心軸５２を求める。そして、その中心軸５２上で座席５０の着席基準点５４を定める。次に、着席基準点５４から座席中心軸５２に沿って、高さ方向にａ＝６６０ｍｍ、後方にｂ＝１６０ｍｍの点の位置を求め、これを頭部重心位置（ＣＧ−Ｆ２）５６とする。座席を標準状態から前方に移動したときの座席５８における頭部重心位置（ＣＧ−Ｆ１）６０は、頭部重心位置（ＣＧ−Ｆ２）５６から、その前方への移動量分だけ前方にシフトした位置として求める。

後席乗員の頭部重心位置は、座席６２の中心軸６４を求める。そして、その中心軸上で座席６２の着席基準点６６を定める。次に、着席基準点６６から座席中心軸５２に沿って、高さ方向にｃ＝６６０ｍｍ、後方にｄ＝１６０ｍｍの点の位置を求め、これを頭部重心位置（ＣＧ−Ｒ）６８とする。

このように、頭部重心に関するテンプレートは、上記の手順を定め、車両の座席に関する３次元データ、数値ａ，ｂ，ｃ，ｄ等を入力データとして、各座席における乗員の頭部重心位置を出力する機能を有するものである。パラメトリック機能を有する設計支援装置では、予め手順を定め、入力データを与えることで、その手順に従い、所定の出力を行うので、上記のような手順を容易に実行することができる。

次に、車室内の衝撃目標位置を求める。車両が衝突等で乗員に衝撃を与えると、乗員の頭部は、その衝撃の方向により、車室内の様々な構造物に衝突する。その衝突位置が衝撃目標位置である。例えば、前席乗員について、フロントヘッダー、Ａピラー、Ｂピラー等が、後席乗員について、リアヘッダー、Ｂピラー、Ｃピラー等が考えられる。また、Ａピラーについても、その上部から中央部、下部のいずれの場所も衝撃目標位置となる。頭部衝撃吸収構造の設計支援については、これらのそれぞれについて検討が必要であるが、あらかじめ代表的な衝撃目標位置を設定しておくことが好ましい。その場合でも、ＦＭＶＳＳ２０１Ｕに定められる水平角、仰角の範囲を満たすことがよい。以下では、Ａピラーの衝撃目標位置を代表例として述べる。Ａピラーの衝撃目標位置も、その上部から下部に渡り多数の衝撃目標位置が考えられるが、その基準となる衝撃基準位置（ＡＰＲ又はＡＰ１）を最初に求め、これを基準として、第２、第３の衝撃目標位置としてＡＰ２，ＡＰ３を求める。

まず、ピラー部を含む車両の３次元形状データに基づき、ピラー部の衝撃基準位置（ＡＰＲ）を求める（Ｓ１８）。この工程は、対象とする部分の３次元形状が複雑なため、テンプレートを用いて自動的に行うよりも、手作業で行うことの方が能率的なことがある。したがって、図２においてこの工程はユーザの介在を示す破線で表してある。

ピラー部を含む車両の構造に関する３次元データが与えられたときの、Ａピラーについての衝撃基準位置であるＡＰＲを求める様子を図６に示す。図６は平面図で、車体を実線で示してある。最初に、ウインドシールド外装部の最後方の点７０，７２を求め、これを通る線７４を引く。そして、ドアを開けた状態で最も外側の点７６を求め、その点から、線７４に沿って車両の中心側に向かってｅ＝１２５ｍｍ、後方にｆ＝５０ｍｍの位置７８を求める。この位置７８の直上で車室内の内装材に位置する点をＡＰＲとする。ここがＡピラーについての衝撃基準点となる。

このようにして求められた衝撃基準点を以後の処理のために取得する（Ｓ２０）。具体的には、衝撃基準位置取得モジュール２６の機能により、手作業で求めたＡＰＲ位置を、ピラー部を含む車両の３次元データの中に取得する。

次いで、衝撃基準位置（ＡＰＲ）及びピラー部を含む車両の３次元形状データに基づき、車室内の衝撃目標位置（ＡＰＲ２，ＡＰＲ３）を求めこれを出力する工程が行われる（Ｓ２２）。具体的には、衝撃目標位置出力モジュール２８の機能により、衝撃目標位置に関するテンプレートが起動され、対象車両の３次元データと衝撃基準位置（ＡＰＲ）を入力データとして、ピラー部における具体的な衝撃目標位置（ＡＰ２，ＡＰ３）が３次元データ上で自動測定され、出力される。衝撃目標位置に関するテンプレートは、ＦＭＶＳＳ２０１Ｕの規定及びそれに関するノウハウ等の設計ナレッジにより、以下に説明する手順を実行し、衝撃目標位置を算出する。

ピラー部を含む車両の構造に関する３次元データが与えられたときの、Ａピラーについての衝撃目標位置であるＡＰ２、ＡＰ３を求める様子を図７、図８に示す。図７、図８はともに側面図で、車体を実線で示してある。図７は、Ａピラーの中間部分の衝撃目標位置ＡＰ２を求める手順を説明するもので、Ａピラーの衝撃基準位置（ＡＰＲ）８０が車室内の内装材の天井位置を示す線８２とともに示されている。線８２からｇ＝８８ｍｍ下がった線８４を求め、線８４がＡピラーと交わり、前席乗員の頭部重心位置（ＣＧ−Ｆ２）に最も近い点８６をＡＰ２とする。図８は、インパネ材８７がある場合におけるＡピラーの下方部の衝撃目標位置ＡＰ３を求める手順を示すもので、まずインパネ材８７とＡピラーとが交差する最も高い点を通る線８８を引き、先ほどの内装材の天井位置を示す線８２との距離ｈを求める。そしてその中間の線９０を求める。線９０がＡピラーと交わり、前席乗員の頭部重心位置（ＣＧ−Ｆ１）に最も近い点９２をＡＰ２とする。

このように、目標衝撃位置に関するテンプレートは、上記の手順を定め、ピラー部を含む車両の構造に関する３次元データ、乗員の頭部重心位置、数値ｅ，ｆ，ｇ等を入力データとして、ピラー部における衝撃目標位置を出力する機能を有するものである。

次に、衝撃目標位置における打点位置出しを行う（Ｓ２４）。すなわち、各衝撃目標位置に対し、各乗員の頭部重心位置がどちらの方向から衝撃を与えるか、その水平角と仰角を求める。具体的には、衝撃目標位置出力モジュール２８の機能として、打点位置に関するテンプレートが起動される。打点位置に関するテンプレートは、対象車両の３次元データと各衝撃目標位置、各乗員の頭部重心位置を入力データとして、ＦＭＶＳＳ２０１Ｕの規定及びそれに関するノウハウ等の設計ナレッジにより、以下に説明する手順を実行し、各衝撃目標位置における衝撃の水平角、仰角を算出する。

図９は、各座席における乗員の頭部重心位置５６，６０，６８と、Ａピラーにおける衝撃目標位置９４、Ｂピラーにおける衝撃目標位置９６、Ｃピラーにおける衝撃目標位置９８の関係を示すものである。なお、図９では車体を実線、座席を破線で示す平面図で、車両のフロント側を図の上方としている。また、頭部重心位置及び衝撃目標位置は、代表的なものを示してある。ＦＭＶＳＳ２０１Ｕに定める水平角、仰角は、これらの衝撃目標中心を各頭部重心位置から見た角度で、水平角の測り方は、図９に示すように、車両のリア側を０°、右側を９０°、フロント側を１８０°、左側を２７０°であり、仰角は水平面を基準とする。

したがって、例えば左Ａピラーの衝撃目標位置９４に対する前席乗員の頭部重心位置６０からの打点位置を求めるには、衝撃目標位置９４と頭部重心位置６０とを入力データとし、それを結ぶ線の水平角と仰角を上に述べた測り方で測定し、出力すればよい。打点位置に関するテンプレートは、上記の手順を定め、ピラー部を含む車両の構造に関する３次元データ、乗員の頭部重心位置、衝撃目標位置等を入力データとして、衝撃目標位置における水平角、仰角を出力する機能を有するものである。

打点位置が求まると、その位置に乗員頭部のダミーであるＦＭＨを配置する（Ｓ２６）。次いで、ダミーが打点位置に当接するようにダミーの衝撃角出しを行う（Ｓ２８）。ダミーの衝撃角とは、ダミーの衝撃方向を示す３次元角度である。具体的には、ダミー衝撃方向出力部３０の機能により、ＦＭＨの衝撃エリアを衝撃目標位置に接触させたまま、ＦＭＨの回転角を順次変更し、ＦＭＨが衝撃目標位置に当接するようにし、その状態の３次元配置状態を出力する。

図１０は、ＦＭＨの衝撃角出しの様子を示す図で、ＦＭＨ１００についてその重心位置１０２、衝撃エリア１０４（メッシュ化してあるところ）が示されている。なお、ＦＭＨは、３次元立体である。衝撃角出しは、ＦＭＶＳＳ２０１Ｕの定め及びそれに関するノウハウ等の知識ナレッジに基づき、次のようにして行われる。すなわち、ＦＭＨ１００の衝撃エリア１０４を衝撃目標（例えばＡピラーガーニッシュ）に接触させたままで、ＦＭＨ１００の唇、顎、又はその他の部分が車両内部の構成部品やその他の部分に接触するまで、ＦＭＨを回転させる。そして、頭部衝撃エリアを衝撃目標に接触させたままでＦＭＨを角度Δだけ戻した角度が衝撃角（ＦＭＨの仰角）である。戻し角Δは、Ａピラー以外のすべてのピラーについて１０°である。それ以外は、戻し角Δは５°である。

ＦＭＨ衝撃角出しの工程は、設計支援装置のパラメトリック機能を用いて実行できる。すなわち、ピラー部の３次元形状データ、ＦＭＨの形状データ、衝撃目標位置、水平角、仰角を入力データとし、ＦＭＨの重心位置周りの回転角を可変パラメータとし、ＦＭＨの他の部位が衝撃目標に接触することを目標条件とし、目標条件から戻し角Δだけ回転角を戻した状態を出力データとすればよい。こうして、ＦＭＨ衝撃角出しの工程を迅速に行うことができる。

ＦＭＨの衝撃目標位置に対する衝撃方向が定まると、これに基づき、エネルギ吸収ストロークがチェックされる（Ｓ３０）。具体的には、ストローク出力部３２の機能として、エネルギ吸収ストロークに関するテンプレートが起動される。エネルギ吸収ストローク打点位置に関するテンプレートは、ピラー部及びＦＭＨの３次元データと、衝撃目標位置、ＦＭＨの衝撃角等を入力データとして、ＦＭＶＳＳ２０１Ｕの規定及びそれに関するノウハウ等の設計ナレッジにより、以下に説明する手順を実行し、エネルギ吸収ストロークを算出する。

図１１は、エネルギ吸収ストロークＳを求める手順を説明する図で、ピラー部４０のピラーガーニッシュ４４の衝撃目標位置１０６に、図１１の矢印で示す衝撃角の方向で、ＦＭＨ１００が当接している状態が示されている。ここで、エネルギ吸収ストロークＳは、ＦＭＶＳＳ２０１Ｕに従い、図１１に示す矢印の衝撃方向に沿って、ＦＭＨの当接位置と、ボディインナー４２との間の最短距離である。図１１で、ＦＭＨの当接位置は衝撃目標位置１０６であるから、矢印の衝撃方向に沿って、衝撃目標位置１０６に最も近いボディインナー４２の最近接部分１０８を求めればよい。この最近接部分１０８と衝撃目標位置１０６との間の、衝撃方向に沿った距離が、エネルギ吸収ストロークＳとなる。

エネルギ吸収ストロークに関するテンプレートは、上記の手順を定め、ピラー部及びＦＭＨの３次元データ、衝撃目標位置、ＦＭＨの衝撃角等を入力データとして、エネルギ吸収ストロークを出力する機能を有するものである。

エネルギ吸収ストロークが求められると、目標とするエネルギ吸収ストロークに向けて自動設計が行われる（Ｓ３２）。具体的には自動設計部３４の機能により、ピラー部の初期３次元形状を入力データとし、エネルギ吸収ストロークの目標値に向けて、ピラー部の可変可能な設計パラメータを順次変更し、ピラー部の自動設計を行う。エネルギ吸収ストロークの目標値は、頭部傷害値Ｈｉｃ（ｄ）を１０００以下とするように、経験的、実験的に定めることができる。エネルギ吸収ストロークを改善できるピラー部の可変可能な設計パラメータとしては、例えばドア側面角度等がある。

自動設計の結果は出力され（Ｓ３４）、その出力されたピラー部の３次元形状等をユーザ（設計者）が見て、ＯＫかどうか判断する（Ｓ３６）。この判断工程もユーザ介在の工程である。そして、その判断に基づき、頭部衝撃吸収構造についての設計支援を終了することができる。また、その判断によっては、必要な指示について入力部１４を介して与えることができる。設計支援装置は、指示取得部３６の機能により、その指示を取得し（Ｓ３８）、その内容に従い、断面選択工程（Ｓ１２）や初期形状出力工程（Ｓ１４）に戻り、入力条件等を変更し、改めて頭部衝撃吸収構造についての設計支援を続けることができる。このように、ユーザが介在することで、自動設計機能で行えない部分を補完し、よりきめ細かい設計支援を行うことが可能となる。

本発明に係る実施の形態における車両用頭部衝撃吸収構造の設計支援装置のブロック図である。本発明に係る実施の形態における車両用頭部衝撃吸収構造設計支援の手順を示すフローチャートである。本発明に係る実施の形態において、ピラー部の断面図の例である。本発明に係る実施の形態において、前席乗員の頭部重心位置を求める様子を示す図である。本発明に係る実施の形態において、後席乗員の頭部重心位置を求める様子を示す図である。本発明に係る実施の形態において、衝撃基準位置（ＡＰＲ）を求める様子を示す図である。本発明に係る実施の形態において、衝撃目標位置（ＡＰ２）を求める様子を示す図である。本発明に係る実施の形態において、衝撃目標位置（ＡＰ３）を求める様子を示す図である。本発明に係る実施の形態において、乗員頭部重心位置と衝撃目標位置との関係を示す図である。本発明に係る実施の形態において、ＦＭＨの衝撃方向を出力する様子を示す図である。本発明に係る実施の形態において、エネルギ吸収ストロークを求める手順を説明する図である。車両内部におけるピラーガーニッシュの様子を示す図である。

符号の説明

１０車両用頭部衝撃吸収構造設計支援装置、１２ＣＰＵ、１４入力部、１６出力部、１８記憶装置、２０初期形状出力部、２２衝撃目標位置出力部、２４頭部重心位置出力モジュール、２６衝撃基準位置取得モジュール、２８衝撃目標位置出力モジュール、３０ダミー衝撃方向出力部、３２ストローク出力部、３４自動設計部、３６指示取得部、４０ピラー部、４２ボディインナー、４４ピラーガーニッシュ、４６衝撃吸収材、５０，５８，６２座席、５２，６４座席の中心軸、５４，６６着席基準点、５６，６０，６８頭部重心位置、８０ＡＰＲ、８６ＡＰ２、９２ＡＰ３、８７インパネ材、９４，９６，９８，１０６衝撃目標位置、１０２ＦＭＨの重心位置、１０４ＦＭＨの衝撃エリア、１０８ボディインナーの最近接部分。

Claims

車体ピラー部に乗員の頭部が衝突するときの衝撃を吸収する衝撃吸収構造について、ピラー部の設計目標条件を含む入力データに基づき、ピラー部の設計パラメータを順次変更して自動設計を行う設計支援装置であって、
ピラー部の初期条件における３次元形状を出力する形状出力部と、
出力されたピラー部の形状を含む入力データに基づき、米国連邦自動車安全基準に定める頭部傷害値測定に必要な車室内衝撃目標位置に関するデータを出力する衝撃目標位置出力部と、
出力された車室内衝撃目標位置を含む入力データに基づき、衝撃時における乗員頭部のダミーの衝撃方向を出力するダミー衝撃方向出力部と、
出力されたダミー衝撃方向を含む入力データに基づき、ピラー部のエネルギ吸収ストロークを出力するストローク出力部と、
出力されたエネルギ吸収ストロークを含む入力データに基づき、ピラー部の設計パラメータを、目標のエネルギ吸収ストロークに向けて、初期形状から順次変更して自動設計を行い、その結果を出力する自動設計結果出力部と、
を備えることを特徴とする車両用頭部衝撃吸収構造の設計支援装置。
請求項１に記載の設計支援装置において、
衝撃目標位置出力部は、
車両の構造情報及び乗員位置を含む入力データに基づき、乗員の頭部重心に関するデータを出力する頭部重心出力手段と、
車両の構造情報及びピラー部の形状に基づき、ピラー部の衝撃基準位置を取得する衝撃基準位置取得手段と、
取得した衝撃基準位置を含む入力データに基づき、車室内衝撃目標位置を出力する衝撃目標位置出力手段と、
を含むことを特徴とする車両用頭部衝撃吸収構造の設計支援装置。
請求項１に記載の設計支援装置において、さらに、
自動設計の結果に基づいてユーザが行う指示を受け取る取得手段を備え、取得した指示に従って設計支援を行うことを特徴とする車両用頭部衝撃吸収構造の設計支援装置。
車体ピラー部に乗員の頭部が衝突するときの衝撃を吸収する衝撃吸収構造について、ピラー部の設計目標条件を含む入力データに基づき、ピラー部の設計パラメータを順次変更して自動設計を行う設計支援装置上で実行される設計支援プログラムであって、
設計支援装置に、
ピラー部の初期条件における３次元形状を出力する形状出力処理手順と、
出力されたピラー部の形状を含む入力データに基づき、米国連邦自動車安全基準に定める頭部傷害値測定に必要な車室内衝撃目標位置に関するデータを出力する衝撃目標位置出力処理手順と、
出力された車室内衝撃目標位置を含む入力データに基づき、衝撃時における乗員頭部のダミーの衝撃方向を出力するダミー衝撃方向出力処理手順と、
出力されたダミー衝撃方向を含む入力データに基づき、ピラー部のエネルギ吸収ストロークを出力するストローク出力処理手順と、
出力されたエネルギ吸収ストロークを含む入力データに基づき、ピラー部の設計パラメータを、目標のエネルギ吸収ストロークに向けて、初期形状から順次変更して自動設計を行い、その結果を出力する自動設計結果出力処理手順と、
を実行させるための車両用頭部衝撃吸収構造の設計支援プログラム。
請求項４に記載の設計支援プログラムにおいて、
衝撃目標位置出力処理手順は、
車両の構造情報及び乗員位置を含む入力データに基づき、乗員の頭部重心に関するデータを出力する頭部重心出力処理手順と、
車両の構造情報及びピラー部の形状に基づき、ピラー部の衝撃基準位置を取得する衝撃基準位置取得処理手順と、
取得した衝撃基準位置を含む入力データに基づき、車室内衝撃目標位置を出力する衝撃目標位置処理手順と、
を実行させるための車両用頭部衝撃吸収構造の設計支援プログラム。