JP4606285B2 - ワイヤハーネスの配索形状表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、拘束具で互いに間隔を置いて拘束されることにより配索されるワイヤハーネスについて、その中心ライン上に設定された節点群で構成される解析モデルに対して、有限要素法により捩れ変形に伴う各節点の三次元位置を解析して拘束位置間の配索形状を規定する変形解析モデルデータを作成し、この変形解析モデルデータに応答してディスプレイ部の画面上の三次元仮想空間に配索形状を表示するワイヤハーネスの配索形状表示するワイヤハーネスの配索形状表示方法及び装置に関するものである。

特許文献１によれば、有限要素法により、ワイヤハーネスを円形断面の複数の梁要素が結合された弾性体とみなし、ワイヤハーネスの形状、物性及び拘束条件を設定して、ワイヤハーネスの配索形状を解析するワイヤハーネスの設計支援方法が開示されている。また、本出願人は、特許文献２により、所定部位で拘束されているワイヤハーネスの特定部位が画面上で指示されて画面上で移動させられた移動位置を解析用三次元座標系の三次元座標値として認識する座標値認識手段と、ワイヤハーネスに関する解析条件を基に、認識された位置の三次元座標値データに応答して、有限要素法により特定部位の移動に伴ってワイヤハーネスの中心ライン上の節点群で構成される解析モデルが変形するのを解析し、その変形解析モデルに応答して、画面上の三次元仮想空間に変形したワイヤハーネスの三次元形状を模しグラフィック表示を行うワイヤハーネスの変形解析装置を提案した。つまり、各節点の解析された捩り量で隣の節点の位置が順に解析され、その各節点を順に直線で結んで変形解析モデルを作成して、円筒状の肉付けが行われる。
特開２００４−１３９５７０号公報 特開２００５−２２５７４号公報

特許文献１による設計支援方法によれば、拘束位置間のワイヤハーネスの変形状態をライン画像で確認できるようになるが、実際のワイヤハーネスの外形を模した三次元仮想空間上の画像で評価することは意識されていない。一方、特許文献２による変形解析装置によれば、画面上での拘束位置の指示により多様な変形状態を三次元形状を模し画像により実感を伴って評価できるようになり、拘束具或は周辺の関連部品も表示することにより、周辺との干渉の可能性も画面上で評価できるようになる。しかしながら、中心ラインに対する変形解析モデルを構成する節点群を基に通常のコンピュータグラフィック処理によりワイヤハーネスの外形を模した円筒状の画像データを作成しようとすると、変形形状に対応して多数の関数を用いた演算処理が必要であり、特に端末のコネクタを移動させる際のワイヤハーネスの変形過程を複数段階にわたり解析して、それぞれの変形形状を同時に表示する場合には、一層グラフィック処理に要するメモリ容量が大きくなる。

本発明は、このような点に鑑みて、ワイヤハーネスの中心ラインに対する変形解析モデルを基に配索形状をディスプレイ部の画面の三次元仮想空間に表示する際に、その画像データを簡単なグラフィックデータ処理により作成可能にするワイヤハーネスの配索形状装置を提供することを目的とする。

本発明は、この目的を達成するために、拘束具で互いに間隔を置いて拘束されることにより配索される円筒状ワイヤハーネスについて、その拘束位置間の配索形状を解析してディスプレイ部の画面上の三次元仮想空間に表示するワイヤハーネスの配索形状解析装置において、ワイヤハーネスの中心ライン上に設定された節点群で構成される解析モデルに対して、有限要素法により捩れ変形に伴う各節点の三次元位置を解析して拘束位置間の配索形状を規定する変形解析モデルデータを作成する変形解析手段と、隣合う２個の節点間の間隔に対応する縦幅とワイヤハーネスの外径に対応する外径とを有する単位円筒を規定する円筒データを作成する円筒データ作成手段と、変形解析モデルデータの三次元位置を解析された節点群に対して隣合う２個の節点間を順に結ぶ直線ラインに単位円筒の中心軸を同軸状に順に位置付けした円筒列による円筒状変形解析モデルデータを作成する円筒状解析モデルデータ作成手段と、円筒状変形解析モデルデータを、円筒列がディスプレイ部の画面に対応する投影面へ投影された円筒列投影像を規定する円筒列投影データに変換するモデルデータ変換手段と、円筒列投影データに応答して円筒列の投影画像により拘束位置間の配索形状を画面に表示する表示制御手段とを備えたことを特徴とする。

これにより、ワイヤハーネスの三次元空間での配索形状が、その捩れ変形に応じて変位する隣合う２個の節点間で単位円筒の配列位置を個々に設定して作成された円筒列の投影画像として表示される。投影方向は解析用三次元座標系のいずれかの座標軸に沿った方向或は斜め方向であり、画像は円筒の輪郭を規定するライン状か、或は表面を着色される。配索形状を詳細に評価可能にするには、請求項２の発明により、モデルデータ変換手段が、選択的に可変される投影方向に対応した円筒列投影データへの変換を行う。三次元形状を明確するには、請求項３により、表示制御手段が、投影方向からの平行光に対する陰影を円筒列投影像に付す。

請求項１の発明によれば、有限要素法によるワイヤハーネスの中心ラインの解析モデルに基づく配索形状の解析結果に応じて配索形状を円筒状の三次元形状を模して二次元画面にグラフィック表示する際に、順に単位円筒の配列位置を規定するだけの円筒状変形解析モデルデータを投影データに変換することにより、グラフィック処理段階での曲線処理が不要になり、メモリ容量が大幅に削減される。端末のコネクタを移動させる際のワイヤハーネスの変形過程を複数段階に解析して、それぞれの変形形状を同時に表示するような場合でも、グラフィック処理或いはメモリ容量上で極めて有効となる。請求項２の発明によれば配索形状の画像データの作成が容易になることにより、配索形状を見る方向を変えて正確に確認できるようになり、請求項３の発明によれば仮想三次元画面において三次元配索形状の把握が容易になる。

図１乃至図８を基に本発明の実施の形態による配索形状解析装置を説明する。この装置は、本発明のワイヤハーネスの配索形状表示方法を実施するようにパソコン１を用いるもので、さらにディスプレイ部２と、入力部としてのキーボード３及びマウス４並びにＣＤ等の記録媒体がセットされる入出力用のディスクドライブ６等の入出力部５とが付属している。

パソコン１は、ディスクドライブ６で読取られたワイヤハーネス（Ｗ／Ｈ）の配索形状解析用のプログラムにより内蔵のメモリ、ＣＰＵ等を作動させて、次の各手段を備えるように機能する。即ち、ディスクドライブ６を介して或はＣＡＤ装置から直接取込まれたＣＡＤデータを格納するＣＡＤデータ格納手段１９と、有限要素法による配索形状の解析に必要なＣＡＤデータ及び特に物性に関しては入力操作より入力された解析条件を取込んでその設定を行う解析条件設定手段１２と、その解析条件を基に、拘束具により順に間隔を置いて拘束することにより配索されるＷ／Ｈの中心ラインに沿った節点群で構成される解析モデルに対して、各節点について前述の中心ラインを中心にした捩れ回転量及びそのＣＡＤ三次元座標系に対応する解析用三次元座標系の三次元位置を解析することにより拘束位置間の配索形状を規定する変形解析モデルデータを作成する変形解析手段１３と、所定数の節点間の間隔に対応する縦幅及びＷ／Ｈの外径に対応する外径を有する単位円筒を規定する円筒データを作成する円筒データ作成手段１５と、変形解析された所定数の節点間を結ぶ直線ラインに単位円筒の中心軸を順に位置付けして円筒列による円筒状変形解析モデルデータを作成する円筒状モデルデータ作成手段１６と、その円筒状変形解析モデルデータを、円筒列がディスプレイ部２の画面２ａに対応した２次元の投影面へ投影された円筒列の投影像を規定する円筒列投影データに変換するモデルデータ変換手段１７と、画面２ａ上に、円筒列投影データに応答して円筒列の投影画像による配索形状を拘束位置間に表示する表示制御手段１０とを備えている。

ＣＡＤデータ格納手段１９には、ＣＡＤ装置で設計された解析対象になるＷ／Ｈの配索形状の三次元モデル、そのＷ／Ｈ長、Ｗ／Ｈの外径、各拘束位置のＣＡＤ座標系上の座標値、各拘束具の形状データ、それぞれの拘束方向、Ｗ／Ｈの物性データ等と共にＣＡＤデータとして格納される。

ワイヤハーネスは、結束された複数本の電線、複数の芯線を有する樹脂外装のケーブル、複数本の結束されたケーブル等であり、したがって曲げ剛性が縦横剛性に比べて著しく小さく、また長さ方向の伸縮が制限されるために、等価的に複数の梁要素が結合された弾性体と見なし、この結合点を解析モデルの節点とすることができる。したがって、変形解析手段１３は、解析条件設定手段１２で設定されたＣＡＤデータ中のＷ／Ｈの外径・長さの形状、拘束位置・方向、ヤング率・ポアソン比・密度を解析条件データとして有限要素法により変形解析モデルを作成し、その際ＣＡＤ装置で考慮しなかった物性データについてはパソコン１側で別途に入力設定する。

例えば、自動車のインストルメンタルパネルの裏側において配索されるＷ／Ｈの最終領域について、図３に示すように、直前の拘束位置にクランプ２１により垂直上向きに取付け穴に拘束され、次の最終の拘束位置のコネクタ座２３に向けて水平方向に直線状に配索され、先端部のコネクタ２２が水平方向に差込まれるとすると、ＣＡＤ座標系に対応する解析用三次元座標系において、図２に示すように、ＸＺ軸面に沿って直前の拘束位置に所属する節点ａ_０及び次の最終の拘束位置に所属の節点ａ_１間のＷ／Ｈ長に対する例えば２ｍｍ間隔の中心ラインの節点ｂについて、配索形状を規定する変形三次元位置が解析されて変形解析モデルＭ１が作成され、続いて以下に説明するグラフィック処理を経てＷ／Ｈ１の配索形状が表示される。

即ち、円筒データ作成手段１５は、図４Ａに示すように、例えば２個の隣合う節点ｂ間の２ｍｍ間隔に対応する縦幅及び解析条件設定手段１２で設定されたＷ／Ｈ１の外径データを取込んで、その外径の縦幅２ｍｍの円筒Ｍｅを規定する円筒データを作成する。円筒状モデルデータ作成手段１６は、図４Ｂに隣合う３個の解析前の節点ｂについて示すように、変形解析モデルデータの変位した節点群に対して２個の節点間を結ぶ直線ラインに円筒Ｍｅの中心軸を同軸状に順に位置付けして配列された円筒列による円筒状変形解析モデルデータを作成する。

モデルデータ変換手段１７は、入出力部５での入力操作により配索形状に対応して指示された投影方向に応答して、図３において、いずれかの２軸で規定される投影面を画面２ａとして想定し、円筒列を拘束具と共に投影して各単位円筒Ｍｅ及び拘束具の輪郭位置を規定する円筒列投影データに変換して円筒列投影データを作成する。例えば、Ｘ軸に沿ってＹＺ軸面を投影面とするか、或はＸ軸方向へ移動した４５°の斜め上方からＹＺ軸面への投影方向を指示する。

表示制御手段１０は、この円筒列投影データに応答して、配索形状に対応する円筒列を拘束具の外形と共に表示する投影画像データを作成して付属の表示データ格納部１０ａに格納し、ディスプレイ部２の画面２ａに表示された三次元仮想空間に画像表示する。その際、この格納部に格納されているグラフィック表示用の表示制御データを基に、各単位円筒Ｍｅの表面は着色し、その直交する端面は輝度を変える等により区別して表示し、隣同士の単位円筒Ｍｅの端面位置が一致する場合には、その端面の画像は省略して連続的に表示し、さらに投影方向からの平行光に対する陰影を輝度変化により表示する。尚、直線領域も当然非連続に単位円筒Ｍｅ単位で表示しても良く、さらにその各円筒面は着色することなく輪郭で表示したり、着色はカラーに限らず、グレースケールによることも考えられる。

このように構成されたＷ／Ｈの配索形状解析装置の動作を説明する。パソコン１において、キーボード３或はマウス４の入力操作により、所望の格納済みのＷ／Ｈ配索データの所望の拘束位置間の領域のＣＡＤデータを選択して配索形状を解析させる。例えば、図５に示すように、クランプ２１で拘束されたＷ／Ｈ１がＺ軸に沿って水平に配索され、コネクタ２２がＸ軸に沿って曲げられてコネクタ座２３に装着される場合、前述の４５°の斜めの投影方向からのＹＺ軸面の投影面への投影を指示すると、その間の捩れ変形したＷ／Ｈ１の配索形状に対応する円筒列の投影画像２０が表示される。そのうちの直線範囲は連続円筒として着色表示される。非直線範囲Ａは、図６に拡大して示すように、単位円筒Ｍｅの投影画像２０ａが、各周面を容易に確認できるように、その各端面の輝度を変えて個々に表示されると共に、投影方向に応じた陰影も表示される。必要により、Ｘ軸或はＹ軸に沿った投影方向から投影画像も選択的に確認できる。

図７に示すように、選択された別の配索形状のＷ／Ｈ１の同様に最終領域において、クランプ２１で拘束されたＷ／ＨがＹＺ軸面に沿って下方へ曲げられ、続いてＸＺ軸面に沿って曲げられてコネクタ座２３にコネクタ２２が装着される場合、前述の４５°の斜め方向からＹＺ軸面へ投影すると、斜視状態の配索形状に沿った円筒列の投影画像２５（単位円筒Ｍｅの縦幅は簡略のために相対的に拡大してある）が表示される。その際、直線範囲でも単位円筒Ｍｅの端面位置が表示されると共に、非直線範囲での互いに細隙の端面は輝度を変えて表示され、またその投影画像２５には投影方向からの平行光に対する陰影が表示される。これにより、中間領域で陰の範囲が広がることにより、Ｗ／Ｈ１が途中で下方へわん曲しているのが確認される。投影方向を垂直（Ｙ軸）方向又は水平（Ｘ軸）方向に切換えることにより、わん曲状態をより正確に確認することができる。さらに、解析範囲の移動を指示してそのＣＡＤモデルを標準解析モデルに変換して、別の拘束位置間の配索形状を確認できる。

以上、予め設定された拘束位置間の配索形状の表示について説明したが、本発明は、ワイヤハーネスの拘束位置を画面上での指示により移動させて、例えば、コネクタ座２３からコネクタ２２を外して、その移動位置に対応して解析された変形解析モデルに対する配索形状を確認する場合にも適用される。

本発明の実施の形態によるワイヤハーネスの配索形状表示方法を実施する装置の回路構成を説明する図である。 同装置の解析原理を説明する図である。 同装置による解析の前提になる解析用三次元座標系を説明する図である。 同装置により解析結果の配索形状モデルの作成原理を説明する図である。 同装置のディスプレイ部の画面に表示された配索形状の投影画像を示す図である。 図５のＡ領域を拡大した画像を示す図である。 同装置により別の配索形状の投影画像を示す図である。

符号の説明

１ パーソナルコンピュータ
２ ディスプレイ部
２ａ 画面
３ キーボード
４ マウス
２０，２０ａ，２５ 円筒列の投影画像
２１ クランプ
２２ コネクタ
２３ コネクタ座
ａ_０，ａ_１，ｂ 節点
Ｗ／Ｈ１ ワイヤハーネス
Ｍｅ 単位円筒

Claims (3)

1. 拘束具で互いに間隔を置いて拘束されることにより配索される円筒状ワイヤハーネスについて、その拘束位置間の配索形状を解析してディスプレイ部の画面上の三次元仮想空間に表示するワイヤハーネスの配索形状解析装置において、
   ワイヤハーネスの中心ライン上に設定された節点群で構成される解析モデルに対して、有限要素法により捩れ変形に伴う各前記節点の三次元位置を解析して拘束位置間の配索形状を規定する変形解析モデルデータを作成する変形解析手段と、隣合う２個の前記節点間の間隔に対応する縦幅と前記ワイヤハーネスの外径に対応する外径とを有する単位円筒を規定する円筒データを作成する円筒データ作成手段と、前記変形解析モデルデータの三次元位置を解析された前記節点群に対して隣合う２個の前記節点間を順に結ぶ直線ラインに前記単位円筒の中心軸を同軸状に順に位置付けした円筒列による円筒状変形解析モデルデータを作成する円筒状解析モデルデータ作成手段と、前記円筒状変形解析モデルデータを、前記円筒列がディスプレイ部の画面に対応する投影面へ投影された円筒列投影像を規定する円筒列投影データに変換するモデルデータ変換手段と、前記円筒列投影データに応答して前記円筒列の投影画像により前記拘束位置間の配索形状を前記画面に表示する表示制御手段とを備えたことを特徴とするワイヤハーネスの配索形状表示装置。
2. モデルデータ変換手段が、選択的に可変される投影方向に対応した円筒列投影データへの変換を行うことを特徴とする請求項１記載のワイヤハーネスの配索形状表示装置。
3. 表示制御手段が、投影方向からの平行光に対する陰影を円筒列投影像に付すことを特徴とする請求項１又は請求項２記載のワイヤハーネスの配索形状表示装置。

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