JP4957146B2 - 車両用設計支援システム - Google Patents

Description

本発明は、車両の設計諸元の値を決定するための車両用設計支援システムに関する。

前記のような車両の設計諸元のうち特に乗降性や居住性に影響する設計諸元の値を決定する方法としては、従来、モックアップや試作車等を作成して各種乗員に乗降動作等を行わせることによりその値を決定する方法が用いられている。これは、前記乗降性等が乗員の使用感といった感覚に基づくため、いわゆるＣＡＤ等による設計が困難であるためである。しかしながら、この方法では、多様化する車両タイプに応じて膨大な数のモックアップ等を作成せねばならず時間やコストがかかってしまうという問題がある。これに対して、例えば特許文献１には、乗員が車両用ドアを開閉操作する際の操作性をシミュレーションにより評価する評価装置が開示されている。そして、この評価装置によれば、モックアップや試作車等を用いることなく車両用ドアの操作性を容易に評価することができるため、開発時間およびコストを削減することができるという効果がある。
特開２００４−５１１８号公報

しかしながら、前記特許文献１のシミュレーション装置は車両用ドアの操作性のみを評価する装置である。そして、当該装置は手および腕の回転動作のみに基づいて車両用ドアの開閉操作の操作性を演算するものであるので、この装置を乗員の上半身の位置が大きく変化する車両乗降時の乗降性の評価に適用することはできない。従って、乗降性については、前記のように従来のモックアップ等を用いて実際に乗降動作を行ったときの乗員の官能評価あるいは乗降動作時の乗員の筋電図等の測定結果に基づく評価を行わざるを得ないため、開発時間やコストを十分に削減することができないという問題がある。

本発明は、かかる事情に鑑み、車両乗降時の乗降性の評価を容易に行うことができる車両用設計支援システムの提供を目的とする。

上記課題を解決するための請求項１に係る発明は、乗員の車両乗降時の動作を評価することで車両用ドア部周辺の設計諸元の値を決定する車両用設計支援システムであって、前記設計諸元の値を記憶する設計諸元記憶手段と、乗員の上半身に関する人体特性データを記憶する人体特性データ記憶手段と、前記設計諸元の値および前記人体特性データに応じて乗員の車両乗降時の動作軌跡を出力する動作軌跡出力手段と、前記記憶された人体特性データと前記動作軌跡出力手段から出力される動作軌跡とに基づいて車両乗降時の乗員の上半身の関節トルクを算出する関節トルク演算手段と、当該関節トルク演算手段で算出される前記関節トルクに基づいて前記車両乗降時の乗員の負担感を推定する負担感推定手段とを備え、前記人体特性データ記憶手段には、前記人体特性データとして頭部重量や胸部重量等の前記乗員の上半身の体格に関するデータが記憶されており、前記関節トルク演算手段は、乗員の上半身を、頭部と胸部と腰部とが剛体で近似されてこれら頭部と胸部とが頚関節で連結されるとともに胸部と腰部とが腰関節で連結された剛体リンクモデルとしてモデル化し、前記関節トルクとして、前記頭部の並進運動と前記頸関節の回転運動とにより当該頸関節に付与される頸トルクと、前記頭部と胸部の並進運動と前記腰関節の回転運動とにより当該頸関節に付与される腰トルクとを算出し、これら頸トルクと腰トルクとを、それぞれ前記動作軌跡に基づいて算出した乗員の頭部および胸部の各並進加速度を用いて算出することを特徴とするものである（請求項１）。

本発明によれば、乗員の車両乗降時の動作軌跡に基づいて乗員の上半身の関節トルクが算出され、この関節トルクに基づいて車両乗降時の負担感が推定されるので、この負担感を評価することで、上半身の位置が大きく変化する車両乗降時の乗降性を精度よく評価することができる。また、車両のドア部周辺の設計諸元の値および乗員の人体特性データに応じて大きく変化する車両乗降時の動作軌跡が、この設計諸元の値と人体特性データとに基づいて出力されるので、この車両乗降時の動作軌跡を精度よく出力することができるとともに、前記設計諸元の値と人体特性データの値を変更するだけで多岐にわたる動作軌跡を容易に出力することができる。また、前記関節トルクが人体特性データに基づいて算出されるので、この人体特性データを変更するだけで多岐にわたる乗員の人体特性データに対する前記負担感ひいては乗降性を推定することが可能になる。すなわち、本発明によれば、車両乗降時の負担感を容易に推定することができるので、従来のようにモックアップ等を作成することなく車両の乗降性の評価およびこの評価結果に基づく設計諸元の値の決定を容易に行うことができ、開発時間およびコストの削減を図ることができる。

このようにすれば、乗員の上半身の体格に応じて精度よく関節トルクを算出することができるとともに、様々な体格を有する乗員を考慮した最適な設計諸元の値を決定することができる。

このように乗降時に主に負担がかかる頚関節と腰関節の関節トルクを演算し、この関節トルクに基づいて負担感を推定するようにすれば、複雑な演算を行うことなく容易にかつ精度よく負担感を推定することが可能になる。また、このようにすれば、乗降動作の動作軌跡に応じて関節トルクをより正確にかつ容易に算出することが可能になる。

また本発明において、前記負担感推定手段で推定される負担感が予め定めた許容範囲内であるかどうかを判定するとともに、この判定結果に基づいて前記設計諸元の値の許容範囲を算出する設計諸元許容範囲演算手段を備えるのが好ましい（請求項２）。

このようにすれば、車両乗降時の負担感ひいては乗降性が許容範囲におさまるような設計諸元の値を容易に決定することが可能になる。

また本発明において、前記設計諸元の値を変化させた際の前記負担感推定手段で推定される負担感の変化率を演算し、当該負担感の変化率が予め定めた許容範囲内であるかどうかを判定するとともに、この判定結果に基づいて前記設計諸元の値の許容範囲を算出する設計諸元許容範囲演算手段を備えるのが好ましい（請求項３）。

このようにすれば、負担感の変化率が許容範囲におさまるような設計諸元の値を容易に算出することができるので、例えば負担感が急激に増加するような値を除外することができ、より確実に乗降性を確保可能な設計諸元の値を決定することができる。

また本発明において、前記設計諸元記憶手段に記憶される前記設計諸元が、車両の設計諸元としてのフロアの高さ、シートの高さ、シートの車幅方向の位置、ルーフレールの高さ、フロントピラーの位置、当該フロントピラーの傾斜角、センターピラーの位置および当該センターピラーの傾斜角、サイドシルの高さ、当該サイドシルの車幅方向の厚みおよび当該サイドシルの車幅方向の位置のうち少なくとも一つであるのが好ましい（請求項４）。

このように前記設計諸元として、乗降性に大きく影響するフロアの高さ、シートの高さ、シートの水平方向の位置、ループレールの高さ、フロントピラーの位置、当該フロントピラーの傾斜角、センターピラーの位置および当該センターピラーの傾斜角、サイドシルの高さ、当該サイドシルの車幅方向の厚みおよび当該サイドシルの車幅方向の位置を設定し、これら設計諸元の値を乗降性を確保可能な最適な値に設定すれば、乗降性をより確実に確保可能な車両を構築することが可能になる。

また本発明において、前記負担感推定手段が、前記車両用ドアの開放角度に応じて、前記設計諸元の値に対する前記車両乗降時の乗員の負担感を推定するのが好ましい（請求項５）。

このようにすれば、車両の周囲状態に応じて変わるドアの開放角度に応じた乗降動作時の負担感を推定することが可能になる。

以上説明したように、本発明によれば、乗降性の評価を精度よく、かつ容易に行うことができ、ドア部周辺の設計諸元の値を容易に決定することのできる車両用設計支援システムを提供することができる。

以下、本発明の好ましい実施の形態について図面を参照して説明する。

まず本車両用設計支援システム１０の概要について説明する。

本車両用設計支援システム１０は、乗員の車両乗降時の動作軌跡に基づいて乗降時の負担感を演算推定し乗降性を評価するとともに、この評価結果に基づいて車両用ドア部周辺の設計諸元の各値を決定するシステムである。

ここで、前記車両乗降時の動作とは、図５の上方に示すように車両外部から車両内部に入ってシートに着座する乗車動作と、前記着座状態から再び車両外部に出る降車動作とを言う。そして、この乗降動作は、その動作の種類に応じて図５に示すように６つの段階に分類することができる。前記乗降動作は、内足を車内に入れる内足入れ段階ａ１と、シートに着座する着座段階ａ２と、車外に残っている外足を車内に入れる外足入れ段階ａ３とに分類できる。一方、降車動作は、シートに着座した状態から外足を車外に出す外足出し段階ａ４と、シートから立ち上がる起立段階ａ５と、車内に残っている内足を車外に出す内足出し段階ａ６とに分類できる。

また、予め行った実験等により、乗員が車両乗降時に負担と感じるのは、車両のルーフをよけるために頚や腰を曲げる動作を行う場合や、その曲げた姿勢を維持せねばならない場合であることが明らかとなった。すなわち、乗降時の負担感とは主に上半身の筋活動に起因して生じるものであり、前記乗降時の負担感として上半身にかかる負担感を評価すれば乗降性の評価が可能であることが分かった。

ここで、本車両用設計支援システム１０では、乗員の上半身が、図４に示すように、頚部と腰部にジョイントを有する剛体リンクとしてモデル化されている。この剛体リンクモデルでは、上半身の頭部Ｍ１と胸部Ｍ２と腰部Ｍ３とがそれぞれ剛体で近似されており、この頭部Ｍ１と胸部Ｍ２とが頚部ジョイント（頚関節）Ｊ１で連結されるとともに胸部Ｍ２と腰部Ｍ３とが腰部ジョイント（腰関節）Ｊ２で連結されている。そして、この頚関節Ｊ１と腰関節Ｊ２とが、伸展・屈曲、回旋、側屈可能なボールジョイントとして取り扱われている。また、上肢の質量は胸部Ｍ２に含まれるものとして取り扱われている。そして、前記実験等により、この頚関節Ｊ１にかかる関節トルクＴ_１と腰関節Ｊ２にかかる関節トルクＴ_２とがそれぞれ前記乗降時の上半身の筋活動ひいては前記乗降時の負担感と高い相関があることが判明したので、本車両用設計支援システム１０では、この頚関節Ｊ１の関節トルクＴ_１と腰関節Ｊ２の関節トルクＴ_２とから前記乗降時の負担感を演算推定し、車両の乗降性を評価している。本車両用設計支援システム１０の具体的構成について以下に述べる。

図１は本発明にかかる車両用設計支援システム１０の概略ブロック図である。

この車両用設計支援システム１０は、図示しないコンピュータ上で駆動されるシステムである。すなわち、この車両用設計支援システム１０は、コンピュータに接続されるキーボードやマウス等の操作に基づいてコンピュータ内のＣＰＵで各種の演算が実行され、その演算結果が前記コンピュータに接続されるディスプレイ等に出力されるように構成されている。

この車両用設計支援システム１０は、図１に示すように設計諸元記憶手段１１、人体特性データ記憶手段１２、動作軌跡出力手段１３、関節トルク演算手段１４、負担感推定手段１５、設計諸元許容範囲演算手段１６を備えている。

前記設計諸元記憶手段１１には、本車両用設計支援システム１０でその値を決定することができる複数の設計諸元Ｄｎに関して、それぞれ具体的な値が多数記憶されている。そして、前記コンピュータに接続されたキーボードやマウス等の操作に応じて、各設計諸元Ｄｎにこの設計諸元記憶手段１１に記憶された値のうち特定の値がそれぞれ割り当てられる。

前記設計諸元Ｄｎとは、ドア部周辺の設計諸元であり、具体的には、図２および図３に示すフロア高さＤ１、シート高さＤ２、シート位置Ｄ３、ルーフレール高さＤ４、フロントピラー位置Ｄ５、フロントピラー傾斜角Ｄ６、センターピラー位置Ｄ７、センターピラー傾斜角Ｄ８である（設計諸元Ｄｎのｎとは設計諸元の種類を表す変数であり、ｎを指定することで特定の設計諸元を指定することができるようになっている）。ここで、フロア高さＤ１、シート高さＤ２、ルーフレール高さＤ４とはそれぞれのパーツの地面からの高さである。また、前記シート位置Ｄ３とは、シートの車幅方向の位置でありドアからシートまでの車幅方向の距離である。また、フロントピラー位置Ｄ５およびセンターピラー位置Ｄ７とは、それぞれのパーツの車両前後方向の位置であり例えば車両前端部から各パーツまでの車両前後方向の距離である。また、フロントピラー傾斜角Ｄ６およびセンターピラー傾斜角Ｄ８は、それぞれのパーツの側面視における傾斜角である。これら設計諸元Ｄｎはいずれも車両の乗降性に大きく寄与するものである。例えば、ルーフレール高さＤ１が低くなれば、車両の乗降時に乗員は頚をより大きく曲げねばならないので、負担感が増し乗降性が低下することになる。

前記人体特性データ記憶手段１２には、乗員の種々の人体特性データに関して、それぞれ具体的な値が多数記憶されている。そして、前記コンピュータに接続されたキーボードやマウス等の操作に応じて、各人体特性データにこの人体特性データ記憶手段１２に記憶された値のうち特定の値が割り当てられる。

前記人体特性データとは、具体的には、年齢、身長および上半身の人体特性データである、座高、頭部Ｍ１の重量ｍ_１、胸部Ｍ２の重量ｍ_２、頭部Ｍ１の慣性モーメントＩ_１、胸部Ｍ２の慣性モーメントＩ_２等といった主に乗員の体格に関するデータである。ここで、この人体特性データ記憶手段１２には、前記慣性モーメントＩ_１，Ｉ_２として、図６に示すような車体前後方向をｘ軸、鉛直方向をｚ軸、このｘ軸およびｚ軸に垂直な方向（紙面に垂直な方向）をｙ軸とした直交座標系における、各ｘ、ｙ、ｚ軸周りの慣性モーメントの値がそれぞれ記憶されている。これらの人体特性データはそれぞれ関連付けられて記憶されており、例えば年齢に所定の値が割り当てられた場合には、身長や座高といった人体特性データの値に所定範囲内の値が割り当てられるように構成されている。

前記動作軌跡出力手段１３は、前記設計諸元記憶手段１１から出力された各設計諸元Ｄｎの値および人体特性データ記憶手段１２から出力された各人体特性データに基づいて、乗員の車両乗降時の動作軌跡を出力するものである。具体的には、この動作軌跡出力手段１３からは、乗降動作中の各時間における、頭部Ｍ１の重心位置、胸部Ｍ２の重心位置、頚関節Ｊ１の中心位置および腰関節Ｊ２の中心位置が出力される。さらに、この動作軌跡出力手段１３からは、これらの各位置が、前記のような直交座標系における各ｘ、ｙ、ｚ軸成分毎に出力される。

この動作軌跡出力手段１３の出力例を図５に示す。この図は、乗降動作時における乗員の頭部Ｍ１および胸部Ｍ２の鉛直方向（前記ｚ軸方向）の動作軌跡を示したものである。すなわち、この図は、頭部Ｍ１の重心位置および胸部Ｍ２の重心位置の時間変化を示している。この図において、横軸は時間を表し、縦軸は各重心位置を表している。また、図中の実線で示したものが頭部Ｍ１の動作軌跡であり、破線で示したものが胸部Ｍ２の動作軌跡である。

前記動作軌跡出力手段１３から出力される動作軌跡としては、乗降動作時の各位置を実際に測定した測定結果をこの動作軌跡出力手段１３に予め記憶させたものを用いればよい。すなわち、異なる人体特性データを有する複数の乗員に設計諸元Ｄｎの値が異なる複数の車両に対して乗降動作を行わせ、その動作軌跡を測定しておく。そして、この測定結果を人体特性データおよび設計諸元Ｄｎの値毎に整理したものを動作軌跡出力手段１３に記憶させておき、前記設計諸元記憶手段１１から出力される設計諸元Ｄｎや人体特性データ記憶手段１２から出力される人体特性データの各値に応じて記憶された測定結果のうち最も近い条件のものを出力するようにすればよい。

また、特定の人体特性データを有する乗員が特定の設計諸元Ｄｎを有する車両に対して乗降動作を行ったときの動作軌跡を測定し、この測定結果のみを基準動作軌跡として前記動作軌跡出力手段１３に記憶させるようにしてもよい。そして、前記設計諸元記憶手段１１から出力される設計諸元Ｄｎや人体特性データ記憶手段１２から出力される人体特性データの各値に応じてこの基準動作軌跡を補正することで、種々の設計諸元Ｄｎおよび人体特性データに応じた動作軌跡を出力するようにしてもよい。

また、前記動作軌跡出力手段１３から出力される動作軌跡としては、前記設計諸元記憶手段１１から出力される設計諸元Ｄｎや人体特性データ記憶手段１２から出力される人体特性データの各値に応じて、乗降動作をシミュレーション（模擬演算）し、その演算結果を用いるようにしてもよい。

前記関節トルク演算手段１４は、前記動作軌跡出力手段１３の出力結果である動作軌跡および前記人体特性データの各値に基づいて、乗降動作時の各関節にかかる関節トルクを算出するものである。特に、この関節トルク演算手段１４では、前記のように車両乗降時の負担感との相関が高いと認められた頚関節Ｊ１にかかる頚関節トルクＴ_１と腰関節Ｊ２にかかる腰関節トルクＴ_２とを演算している。

前記のように本車両用設計支援システム１０では、上半身を、頭部Ｍ１、胸部Ｍ２、腰部Ｍ３の３剛体がそれぞれ頚関節Ｊ１および腰関節Ｊ２で連結された剛体リンクモデルで表している。従って、この頚関節Ｊ１および腰関節Ｊ２にかかる前記関節トルクＴ_１，Ｔ_２は、各剛体の並進加速度αから求められる関節間力とその重心回りの回転運動方程式から算出することができる。

頚関節Ｊ１にかかる頚関節トルクＴ_１の算出方法を図６を用いて説明する。ここでは、前記のようなｘ、ｙ、ｚ軸の直交座標系におけるｙ軸周りの頚関節トルクＴ_１ｙの算出方法について説明する。

まず、前記動作軌跡出力手段１３から出力される頭部Ｍ１のｘ軸およびｚ軸方向の動作軌跡に基づき、頭部Ｍ１のｘ軸方向の並進加速度α_１ｘとｚ軸方向の並進加速度α_１ｚとを算出する。そして、人体特性データから出力される頭部重量ｍ_１および重力加速度ｇを用いて、頚関節Ｊ１にかかるｘ軸およびｚ軸方向の関節間力ｆ_１ｘおよびｆ_１ｚを以下の式（１）および式（２）のように算出する。

ｆ_１ｘ＝ｍ_１α_１ｘ ・・・（１）
ｆ_１ｚ＝ｍ_１α_１ｚ−ｍ_１ ・・・（２）
次に、前記動作軌跡出力手段１３から出力される頭部Ｍ１および頚関節Ｊ１のｘ軸およびｚ軸方向の動作軌跡に基づき、図４に示すような頭部Ｍ１と頚関節Ｊ１との距離であるモーメントアーム長さｒ_１のうちのｘ軸，ｚ軸方向のモーメントアーム長さｒ_１ｘ，ｒ_１ｚ（図６参照）と、頭部Ｍ１のｙ軸周りの角加速度θ"_１ｙとを算出する。そして、前記式（１），（２）より算出された頚関節Ｊ１にかかるｘ軸およびｚ軸方向の関節間力ｆ_１ｘおよびｆ_１ｚと人体特性データから出力される頭部Ｍ１のｙ軸周りの慣性モーメントＩ_１ｙとを用いて、頚関節Ｊ１のｙ軸周りの頚関節トルクＴ_１ｙを以下の式（３）のように算出する。

Ｔ_１ｙ＝−ｆ_１ｚｒ_１ｘ＋ｆ_１ｘｒ_１ｚ＋Ｉ_１ｙθ"_１ｙ ・・・（３）
同様にして、頚関節Ｊ１のｘ軸周りの頚関節トルクＴ_１ｘを、動作軌跡出力手段１３から出力される頭部Ｍ１のｙ軸およびｚ軸方向の動作軌跡等を用いて算出する。さらに、頚関節Ｊ１のｚ軸周りの頚関節トルクＴ_１ｚを、動作軌跡出力手段１３から出力される頭部Ｍ１のｘ軸およびｙ軸方向の動作軌跡等を用いて算出する。そして、これら各軸成分の頚関節トルクＴ_１ｘ，Ｔ_１ｙ，Ｔ_１ｚを以下の式（４）ように合成することで、頚関節トルクＴ_１を算出する。

次に、腰関節トルクＴ_２の算出方法について図７を用いて説明する。ここでは、前記と同様にｙ軸周りの腰関節トルクＴ_２ｙの算出方法について説明する。

まず、前記動作軌跡出力手段１３から出力される胸部Ｍ２のｘ軸およびｚ軸方向の動作軌跡に基づき、胸部Ｍ２のｘ軸方向の並進加速度α_２ｘとｚ軸方向の並進加速度α_２ｚとを算出する。そして、人体特性データから出力される胸部重量ｍ_２と重力加速度ｇと前記頚関節Ｊ１にかかる関節間力ｆ_１ｘおよびｆ_１ｚとを用いて、腰関節Ｊ２にかかるｘ軸およびｚ軸方向の関節間力ｆ_２ｘおよびｆ_２ｚを以下の式（５）および式（６）のように算出する。

ｆ_２ｘ＝ｍ_２α_２ｘ−ｆ_１ｘ ・・・（５）
ｆ_２ｚ＝−ｆ_１ｚ−ｍ_２ｇ＋ｍ_２α_２ｚ ・・・（６）
次に、前記動作軌跡出力手段１３から出力される頚関節Ｊ１および腰関節Ｊ２のｘ軸およびｚ軸方向の動作軌跡に基づき、頚関節Ｊ１と腰関節Ｊ２との距離であるモーメントアーム長さｒ_２のうちのｘ軸，ｚ軸方向の距離であるモーメントアーム長さｒ_２ｘ，ｒ_２ｚと、胸部Ｍ２のｙ軸周りの角加速度θ"_２ｙとを算出する。そして、前記頚関節Ｊ１にかかる関節間力ｆ_１ｘおよびｆ_１ｚと、前記腰関節Ｊ２にかかる関節間力ｆ_２ｘおよびｆ_２ｚと、人体特性データから出力される胸部Ｍ２のｙ軸周りの慣性モーメントＩ_２ｙとを用いて、腰関節Ｊ２のｙ軸周りの腰関節トルクＴ_２ｙを以下の式（７）ように算出する。

Ｔ_２ｙ＝−ｆ_２ｚｒ_２ｘ／２＋ｆ_２ｘｆ_２ｚ／２−ｆ_１ｚｒ_２ｘ／２＋ｆ_１ｘｒ_２ｚ／２＋Ｉ_２ｙθ"_２ｙ＋Ｔ_１ｙ ・・・（７）
同様にして、腰関節Ｊ２のｘ軸周りの腰関節トルクＴ_２ｘを、動作軌跡出力手段１３から出力される胸部Ｍ２のｙ軸およびｚ軸方向の動作軌跡等を用いて算出する。さらに、腰関節Ｊ２のｚ軸周りの腰関節トルクＴ_２ｚを、動作軌跡出力手段１３から出力される胸部Ｍ２のｘ軸およびｙ軸方向の動作軌跡等を用いて算出する。そして、これら各軸成分の腰関節トルクＴ_２ｘ，Ｔ_２ｙ，Ｔ_２ｚを以下の式（８）ように合成することで、腰関節トルクＴ_２を算出する。

このようにして算出された頚関節トルクＴ_１、腰関節トルクＴ_２の演算結果例を図８に示す。この図は、図５に示す乗降動作時の動作軌跡を用いて各トルクＴ_１，Ｔ_２を演算したものである。図中実線で示したものが腰関節トルクＴ_２であり、破線で示したものが頚関節トルクＴ_１である。ここで、この乗降動作時の頚関節トルクＴ_１の変化は、乗降動作時の乗員の僧帽筋および胸鎖乳突筋の筋電位の変化の測定結果とよい一致を示すことが確認されている。また、腰関節トルクＴ_２の変化は、乗員の体幹起立筋と腹直筋の筋電位の変化の測定結果とよい一致を示すことが確認されている。すなわち、前記のように乗降動作時の筋活動と前記頚関節トルクＴ_１と腰関節トルクＴ_２との間に高い相関があることが確認されている。従って、本車両用設計支援システム１０では、これら関節トルクＴ_１，Ｔ_２に基づいて乗降動作時の負担感を前記負担感推定手段１５にて算出している。

この負担感推定手段１５では、前記のように関節トルク演算手段１４で算出された頚関節トルクＴ_１と腰関節トルクＴ_２とに基づいて、車両乗降時の乗員の負担感を演算している。具体的には、頚関節トルクＴ_１を時間積分することで頚部負担感Ｗ_１を算出し、腰関節トルクＴ_２を時間積分することで腰部負担感Ｗ_２を算出している。ここで、図８に示すように、頚関節トルクＴ_１と腰関節トルクＴ_２とは、前記乗降動作のうち着座段階ａ２と起立段階ａ５とで大きな値をとる一方他の段階では小さな値をとることが判明した。すなわち、乗降動作では、ルーフ等をよけてシートに着座あるいはシートから起立せねばならない前記着座段階ａ２と起立段階ａ５時に主に負担がかかっているといえる。従って、乗降動作時の負担感の評価としてはこの着座段階ａ２と起立段階ａ５の負担感を評価すればよい。そこで、本実施形態では、着座段階ａ２に頚部にかかる負担感である頚部着座時負担感Ｗ_１ｄと、起立段階ａ５に頚部にかかる負担感である頚部起立時負担感Ｗ_１ｕと、着座段階ａ２に腰部にかかる負担感である腰部着座時負担感Ｗ_２ｄと、起立段階ａ５に腰部にかかる負担感である腰部起立時負担感Ｗ_２ｕとを算出している。着座段階ａ２での各負担感である頚部着座時負担感Ｗ_１ｄおよび腰部着座時負担感Ｗ_２ｄは、以下の式（９）および式（１０）のように各関節トルクＴ_１と腰関節トルクＴ_２とを着座段階ａ２の開始時間ｔ２から終了時間ｔ３までのそれぞれ時間積分して算出する。

一方、起立段階ａ５での各部位の負担感である頚部起立時負担感Ｗ_１ｕおよび腰部起立時負担感Ｗ_２ｕは、以下の式（１１）および式（１２）のように各関節トルクＴ_１と腰関節トルクＴ_２とを起立段階ａ５の開始時間ｔ６から終了時間ｔ７までを時間積分して算出する。

ここで、前記各演算はコンピュータ上で行われる。従って、前記動作軌跡出力手段１３から出力される動作軌跡は刻み時間△ｔ毎の離散系データであり、この動作軌跡に基づいて算出される前記各関節トルクＴ_１，Ｔ_２等も△ｔ毎の離散系データとなる。そのため、前記各負担感Ｗ_１ｕ，Ｗ_１ｄ，Ｗ_２ｕ，Ｗ_２ｄは、実際にはそれぞれ以下の式（１３）および式（１４）のような演算により求められる。この式において、ｊとは前記動作軌跡および各関節トルクＴ_１，Ｔ_２のデータ番号であり、所定の時間ｔに対してｊ＝ｔ／△ｔ（整数化されたもの）で表されるものである。例えばＴ_１（ｊ）とは時間ｔ＝ｊ×△ｔにおけるＴ_１の値である。また、ｊ２、ｊ３、ｊ６、ｊ７とは前記ｔ２、ｔ３、ｔ６、ｔ７に相当するデータ番号である。また、以下の式においてｉとは、部位の番号であり、ｉ＝１が頭部Ｍ１、ｉ＝２が胸部Ｍ２を示すものである。△ｔは適宜設定可能である。

このようにして算出された負担感Ｗ_１ｄ，Ｗ_１ｕ，Ｗ_２ｄ，Ｗ_２ｕは、前記設計諸元許容範囲演算手段１６に出力される。

設計諸元許容範囲演算手段１６は、前記算出された負担感Ｗ_１ｄ，Ｗ_１ｕ，Ｗ_２ｄ，Ｗ_２ｕに基づいて設計諸元Ｄｎの各許容範囲を決定するものである。

この設計諸元許容範囲演算手段１６では次のようにして設計諸元Ｄｎの許容範囲が決定される。まず、特定の設計諸元Ｄｎについて、その値を種々に変化させたときの各負担感Ｗ_１ｄ，Ｗ_１ｕ，Ｗ_２ｄ，Ｗ_２ｕをそれぞれ算出しておく。次に、算出された各負担感と予め実験等から求めておいた各負担感の上限値とをそれぞれ比較する。具体的には、頚部着座時負担感Ｗ_１ｄとその上限値Ｗ_１ｄＭＡＸ、頚部起立時負担感Ｗ_１ｕとその上限値Ｗ_１ｕＭＡＸ、腰部着座時負担感Ｗ_２ｄとその上限値Ｗ_２ｄＭＡＸ、腰部起立時負担感Ｗ_２ｕとその上限値Ｗ_２ｄＭＡＸとをそれぞれ比較する。そして、各負担感がいずれもそれぞれの上限値以下となるような設計諸元Ｄｎの値を選択する。特に、前記各負担感がいずれもその上限値以下となるような設計諸元Ｄｎの値うち、いずれかの負担感がその上限値に最も近くなるときの設計諸元Ｄｎの値を設計諸元Ｄｎの限界値Ｄｎｌｍとして設定し、設計諸元Ｄｎの許容範囲をＤｎｌｍ以下あるいは以上の範囲に決定する。前記各負担感の上限値はいずれも乗降動作時に乗員が負担をあまり感じないような値に設定されている。従って、設計諸元Ｄｎの値がこの設計諸元限界値Ｄｎｌｍ以下あるいは以上となるように設計諸元Ｄｎの値を決定すれば、乗降動作時に乗員に与える負担感を抑制することが可能となる。

設計諸元Ｄｎの値を種々に変化させたときの各負担感Ｗ_１ｄ，Ｗ_１ｕ，Ｗ_２ｄ，Ｗ_２ｕの演算結果例を図９および図１０に示す。図９は設計諸元Ｄｎのうちルーフレール高さＤ１の値を変更したときの頚部負担感Ｗ_１の演算結果例を示しており、図１０は前記のようにルーフレール高さＤ１の値を変更したときの腰部負担感Ｗ_２の演算結果例を示している。また、図９、図１０において横軸がルーフレール高さＤ１であり縦軸が各負担感である。そして、図中実線で示されたものがそれぞれ着座時の負担感Ｗ_１ｄ，Ｗ_２ｄであり、破線で示されたものがそれぞれ起立時の負担感Ｗ_１ｕ，Ｗ_２ｕである。

この図９および図１０には、前記各負担感の上限値Ｗ_１ｄＭＡＸ、Ｗ_１ｕＭＡＸ、Ｗ_２ｄＭＡＸ、Ｗ_２ｕＭＡＸの値をそれぞれ合わせて表示している。図９に示すように、前記頚部着座時負担感Ｗ_１ｄがその上限値Ｗ_１ｄＭＡＸとなる設計諸元Ｄ１の値はＤ１ｌｍ_１ｄであり、頚部起立時負担感Ｗ_１ｕがその上限値Ｗ_１ｕＭＡＸとなる設計諸元Ｄ１の値はＤ１ｌｍ_１ｕである。一方図１０に示すように、前記腰部着座時負担感Ｗ_２ｄがその上限値Ｗ_２ｄＭＡＸとなる設計諸元Ｄ１の値はＤ１ｌｍ_２ｄであり、腰部起立時負担感Ｗ_２ｕがその上限値Ｗ_２ｕＭＡＸとなる設計諸元Ｄ１の値はＤ１ｌｍ_２ｕである。そして、これらの設計諸元Ｄ１の値のうち最も小さい値をとるのがＤ１ｌｍ_１ｄであるので、前記設計諸元Ｄ１の限界値Ｄ１ｌｍはＤ１ｌｍ_１ｄとなる。すなわち、設計諸元Ｄ１であるルーフレールの高さがこのＤ１ｌｍ＝Ｄ１ｌｍ_ｌｄ以下となるように設計すれば、頚部着座時負担感Ｗ_１ｄ、頚部起立時負担感Ｗ_１ｕ、腰部着座時負担感Ｗ_２ｄ、腰部起立時負担感Ｗ_２ｕが全てそれぞれの上限値以下となるので、乗降動作時の全期間にわたって乗員の負担感を抑制することが可能になる。

また、設計諸元Ｄｎの許容範囲を決定する他の方法としては、前記特定の設計諸元Ｄｎについてその値を種々に変化させたときの、設計諸元Ｄｎの値の変化に対する各負担感Ｗ_１ｄ，Ｗ_１ｕ，Ｗ_２ｄ，Ｗ_２ｕの変化率ｄＷ_１ｄ，ｄＷ_１ｕ，ｄＷ_２ｄ，ｄＷ_２ｕを用いて算出する方法を用いてもよい。この方法では、特定の設計諸元Ｄｎの値を順に変化させていき、そのときの各負担感の変化率ｄＷ_１ｄ，ｄＷ_１ｕ，ｄＷ_２ｄ，ｄＷ_２ｕを算出する。そして、これら負担感の変化率と予め設定したそれぞれの上限値とを比較する。そして、各負担感の変化率がいずれも予め定めた上限値以下となる設計諸元Ｄｎのうち、いずれかの負担感の変化率がその上限値に最も近くなるときの設計諸元Ｄｎの値を設計諸元の限界値Ｄｎｌｍ２として設定し、設計諸元Ｄｎの許容範囲をＤｎｌｍ２以下に決定すればよい。このようにすれば、設計諸元Ｄｎの値として、乗降動作時の負担感が急激に変化するような範囲を除外することができるので、より安定して負担感を抑制可能な設計諸元Ｄｎの値を求めることが可能になる。

なお、図５、図８、図９および図１０は、ドアが所定角度開いた状態で乗員が乗降動作を行う場合について説明したが、実際には、ドア部周囲の状況に応じてドアの開放角度は異なる。そして、ドア部周辺に障害物がなければドアを大きく開放して容易に乗降することができるが、ドア部周辺に障害物があるとト゛アを大きく開放することができないため、乗降動作が困難になり乗降動作時の負担感が増してしまう。すなわち、ドアの開放角度によっても、乗降動作時の負担感は変化する。そこで、本車両用設計支援システム１０では、ドアの開放角度を各種変更して、各開放角度における各設計諸元Ｄｎの値に対する負担感を推定できるようにしている。

次に、本車両用設計支援システム１０の動作をフローチャートを用いて説明する。

まず、前記各負担感Ｗ_１ｄ，Ｗ_１ｕ，Ｗ_２ｄ，Ｗ_２ｕを算出するまでの流れを図１１のフローチャートを用いて説明する。この図１１では、例として着座時の頚部着座時負担感Ｗ_１ｄと腰部着座時負担感Ｗ_２ｄとを算出する方法について示している。

まず、設計諸元Ｄｎの各値を設計諸元記憶手段１１から読み込む（ステップＳ１）。次に、人体特性データ記憶手段１２から各部位の重量ｍ_ｉおよび各部位の各軸周りの慣性モーメントＩ_ｉｘ，Ｉ_ｉｙ，Ｉ_ｉｚ等を読み込む（ステップＳ２）。次に、初期化を行う（ステップＳ３）。ここでは、前記のように着座時の負担感を算出するので、初期のデータ番号ｊとして着座開始時間を表すｊ２を代入する。

次に、動作軌跡出力手段１３から前記設計諸元Ｄｎの値および人体特性データに応じた動作軌跡を出力する（ステップＳ４）。そして、この動作軌跡に基づいて、ｊ番目すなわちｔ＝ｊ×△ｔ時間での各部位のｘ、ｙ、ｚ軸方向の並進加速度α_ｉｘ（ｊ），α_ｉｚ（ｊ），α_ｉｙ（ｊ）を算出する（ステップＳ５）。また前記動作軌跡に基づいて、前記ｊ番目の各部位のｘ，ｙ，ｚ軸周りの角加速度θ"_ｉｘ（ｊ），θ"_ｉｙ（ｊ），θ"_ｉｚ（ｊ）を算出する（ステップＳ６）。さらに、前記動作軌跡に基づいて、前記ｊ番目の各部位と各関節との距離であるモーメントアーム長さｒ_ｉｘ（ｊ），ｒ_ｉｙ（ｊ），ｒ_ｉｚ（ｊ）を算出する（ステップＳ７）。

そして、前記人体特性データ記憶手段から読み込んだ各部位の重量ｍ_ｉおよび慣性モーメントＩ_ｉｘ，Ｉ_ｉｙ，Ｉ_ｉｚ、前記並進加速度α_ｉｘ（ｊ），α_ｉｚ（ｊ），α_ｉｙ（ｊ）、角加速度θ"_ｉｘ（ｊ），θ"_ｉｙ（ｊ），θ"_ｉｚ（ｊ）、モーメントアーム長さｒ_ｉｘ（ｊ），ｒ_ｉｙ（ｊ），ｒ_ｉｚ（ｊ）および重力加速度ｇとを用いて、前記式（１）〜（８）に基づきｊ番目の関節トルクＴ_ｉｄ（ｊ）を演算する（ステップＳ８）。その後、この関節トルクＴ_ｉｄ（ｊ）と刻み時間△ｔとの積をｊ−１番目までの負担感Ｗ_ｉ（ｊ−１）に足して、ｊ番目までの負担感Ｗ_ｉｄ（ｊ）を演算する（ステップＳ９）。次に、ｊが着座終了時間を表すｊ３であるかどうかを判定し（ステップＳ１０）、ＮＯの場合は、ｊに１を足して前記ステップＳ５〜ステップＳ９までを繰り返しｊ番目までの負担感Ｗ_ｉｄを演算する（ステップＳ１１）。一方、前記ステップＳ１０でＹＥＳと判定された場合、すなわちｊ＝ｊ３となり着座開始時間ｔ２から着座終了時間ｔ３までの負担感Ｗ_ｉｄの演算が終了したと判定されれば、負担感Ｗ_ｉｄを出力して演算を終了する（ステップＳ１２）。

ここで、前記ｉは部位を表す番号であって、ｉ＝１とした場合には頚部着座時負担感Ｗ_１ｄが算出され、ｉ＝２とした場合には胸部着座時負担感Ｗ_２ｄが算出される。また、起立時負担感Ｗ_ｉｕを算出する場合には、ステップＳ３において初期ｊにｊ２の代わりに起立開始時間を表すｊ６を代入するとともに、ステップＳ１０においてｊ３の代わりに起立終了時間を表すｊ７を代入すればよい。

次に、以上のように算出された各負担感Ｗ_ｉｕ，Ｗ_ｉｄを用いて設計諸元Ｄｎの許容範囲を決定するまでの動作を図１２を用いて説明する。この図１２では、例として着座段階ａ２における頚部負担感Ｗ_１ｄおよび腰部負担感Ｗ_２ｄに対する前記設計諸元限界値Ｄｎｌｍ_ｉｄを算出する方法について示す。

まず、設計諸元Ｄｎに対してｋｍａｘ個の値Ｘｎ（ｋ）を設計諸元記憶手段１１に用意しておく（ステップＳ２１）。次に、初期化を行う（ステップＳ２２）。そして、設計諸元Ｄｎに前記設計諸元記憶手段１１に記憶された値Ｘｎのうちｋ番目値Ｘｎ（ｋ）を割り当てる（ステップＳ２３）。そして、この設計諸元ＤｎがＸｎ（ｋ）の値をとるときの負担感Ｗ_ｉｄ（ｋ）を図１１に示したように算出する（ステップＳ２４）。次に、算出された負担感Ｗ_ｉｄ（ｋ）が予め設定された着座時負担感の上限値Ｗ_ｉｄＭＡＸより小さいかどうか、また、この負担感Ｗ_ｉｄ（ｋ）が後述する負担感限界値Ｗ_ｉｄｍａｘよりも大きいかどうかを判定する（ステップＳ２５）。この判定結果がＹＥＳの場合、すなわち前記負担感Ｗ_ｉｄ（ｋ）が上限値Ｗ_ｉｄＭＡＸよりも小さく、かつ負担感限界値Ｗ_ｉｄｍａｘよりも大きければ、算出された負担感Ｗ_ｉｄ（ｋ）を負担感限界値Ｗ_ｉｄｍａｘとして新たに記憶する（ステップＳ２６）。すなわち、この負担感限界値Ｗ_ｉｄｍａｘは、上限値Ｗ_ｉｄＭＡＸよりも小さく、かつ最も上限値Ｗ_ｉｄＭＡＸに近い負担感として順次更新される値である。また、このときの設計諸元Ｄｎの値Ｘｎ（ｋ）を着座段階ａ２における設計諸元限界値Ｄｎｌｍ_ｉｄとして記憶する（ステップＳ２７）。一方、前記ステップＳ２５での判定結果がＮＯの場合には、そのままステップＳ２８に進む。

次に、現在のｋがｋの最大値ｋｍａｘ以下であるかどうかを判定する（ステップＳ２８）。すなわち、設計諸元Ｄｎに対して予め用意した全ての値についての演算が終了したかどうかを判定する。判定結果がＮＯの場合には、ｋに１を足しこんでステップＳ２３に戻る（ステップＳ２９）。そして設計諸元Ｄｎに新たな値を入力して（ステップＳ２３）、前記ステップＳ２４〜ステップＳ２８までを繰り返す。一方、ステップＳ２８における判定結果がＹＥＳの場合、すなわち、設計諸元Ｄｎに対して予め用意した全ての値についての演算が終了した場合には、前記着座段階ａ２における設計諸元限界値Ｄｎｌｍ_ｉｄを設計諸元Ｄｎの着座時限界値として出力する（ステップ３０）。ここで、前述のように、ｉは部位を表す番号であって、ｉ＝１とした場合には頚部着座時負担感Ｗ_１ｄに対する限界値Ｄｎｌｍ_１ｄが算出され、ｉ＝２の場合には胸部着座時負担感Ｗ_２ｄに対する限界値Ｄｎｌｍ_２ｄが算出される。

以上の演算を起立段階ａ５での各負担感Ｗ_１ｕおよびＷ_２ｕに対して行う。そして、算出された設計諸元Ｄｎの限界値のうち最も小さいものあるいは、最も大きいものを最終的に設計諸元Ｄｎの限界値として算出する。

このように、本車両用設計支援システム１０では、設計諸元Ｄｎの値に応じた負担感を算出し、この負担感に基づいて設計諸元Ｄｎの最適範囲を決定する。

以上のように、本車両用設計支援システム１０によれば、動作軌跡出力手段１３から出力される車両乗降時の動作軌跡に基づいて関節トルクＴを算出しているので、車両乗降時の関節トルクＴを上半身の動きに応じて精度よく算出することができる。また、この関節トルクＴに基づいて車両乗降時の負担感Ｗを算出しているので、容易に車両乗降時の負担感Ｗを得ることができる。また、前記動作軌跡および関節トルクＴは、車両の設計諸元Ｄｎの値および人体特性データに基づいて算出されるので、これらの各値を変更するだけで、多岐にわたる設計諸元Ｄｎの値および人体特性データにおける負担感Ｗを簡単に算出することができる。そして、このように各設計諸元Ｄｎにおける乗降時の負担感Ｗを簡単に算出できるので、算出された負担感Ｗに基づいて乗降性を評価することで、乗降性を確保可能な設計諸元Ｄｎの値を容易に決定することができる。すなわち、本車両用設計支援システム１０を用いれば、従来のように車両やモックアップを試作することなく、乗降性を確保可能な設計諸元Ｄｎの値を決定することが可能になる。

また、前記関節トルクＴは、乗員の頭部重量ｍ_１や胸部重量ｍ_２といった上半身の体格に関する人体特性データに基づいて算出されるので、乗員の上半身の体格に応じた関節トルクＴを容易にかつ精度よく求めることができる。また、この頭部重量ｍ_１や胸部重量ｍ_２等を変更するだけで、種々の体格を有する種々の乗員に対する乗降性を簡単に評価することが可能になる。

また、乗員の上半身を頭部Ｍ１、胸部Ｍ２および腰部Ｍ３と、各部位を連結する頚関節Ｊ１および腰関節Ｊ２とからなるモデルとすることで、各関節トルクＴを容易にかつ精度よく求めることができる。

また、本車両用設計支援システム１０に、前記関節トルクＴに基づいて演算される負担感Ｗに応じて設計諸元Ｄｎの許容範囲を算出する設計諸元許容範囲演算手段１６を設けておけば、乗降性を確保できる設計諸元Ｄｎの許容範囲を容易に算出することが可能になる。

特に、負担感Ｗの許容範囲に基づいて設計諸元Ｄｎの許容範囲を算出するようにすれば、乗降性をより確実に確保可能な設計諸元Ｄｎの値を決定することができる。

また、設計諸元Ｄｎの値の変化に対する負担感Ｗの変化率に基づいて設計諸元Ｄｎの許容範囲を算出するようにすれば、設計諸元Ｄｎの値として各負担感が設計諸元Ｄｎの値の変化によって急激に増加するような範囲を除くことができるので、より確実に乗降性を確保できる範囲にのみ設計諸元Ｄｎの値を設定することが可能になる。

また、前記のように前記設計諸元Ｄｎを、フロアの高さＤ１、シートの高さＤ２、シートの水平方向の位置Ｄ３、ルーフレールの高さＤ４、フロントピラーの位置Ｄ５、当該フロントピラーの傾斜角Ｄ６、センターピラーの位置Ｄ７および当該センターピラーの傾斜角Ｄ８のうち少なくとも一つとしておけば、これら乗降性に影響のある設計諸元Ｄｎを本車両用設計支援システム１０で容易に決定することができるので、乗降性を確保しつつ、デザイン性を有する車両を構築することが可能になる。なお、設計諸元Ｄｎとしては、前記以外に、図２および図３に示すように、ドア開口下端部を形成するサイドシル５０の高さＤ９や当該サイドシル５０の車幅方向の厚みＤ１０や当該サイドシル５０の車幅方向の位置Ｄ１１を含めることとしてもよく、さらに、これらの設計諸元Ｄｎの複数の組み合わせに対して負担感を求めるようにしてもよい。

ここで、前記実施形態では、設計諸元許容範囲演算手段１６において、頚部着座時負担感Ｗ_１ｄ、頚部起立時負担感Ｗ_１ｕ、腰部着座時負担感Ｗ_２ｄ、腰部起立時負担感Ｗ_２ｕとをそれぞれ個別に上限値と比較した場合について示したが、それぞれの和を所定の上限値と比較するようにしてもよい。

また、各負担感Ｗ_１ｄ，Ｗ_１ｕ，Ｗ_２ｄ，Ｗ_２ｕを上限値と比較した場合にのみ示したが、下限値が存在する場合には、各負担感と上限値および下限値とをそれぞれ比較して負担感がこの上下限値内となる設計諸元Ｄｎの値を許容範囲として求めてもよい。

また、同様に、各負担感Ｗ_１ｄ，Ｗ_１ｕ，Ｗ_２ｄ，Ｗ_２ｕの変化率に基づいて設計諸元Ｄｎの許容範囲を求める場合にも、各変化率の和と上限値とを比較することで設計諸元Ｄｎの許容範囲を算出してもよいし、各変化率と上下限値等とを比較することで設計諸元Ｄｎの許容範囲を算出するようにしてもよい。

また、前記のように関節トルクＴから算出した負担感Ｗとその上下限値とを比較するとともに、各時間における関節トルクＴとその上下限値との比較を行うことで、設計諸元Ｄｎの許容範囲を決定するように構成してもよい。すなわち、車両乗降時に関節トルクＴが瞬間的に増加するような場合を除外するよう構成し、乗降動作全体にわたって安定した乗降性が確保できるようにしてもよい。また、前記関節トルクＴの上下限値を、関節の特性である弾性抵抗や粘性抵抗に基づいて算出するようにしてもよい。

また、前記実施形態では、設計諸元許容範囲演算手段１６において、乗降動作のうち着座段階ａ２と起立段階ａ５とに着目して、関節トルクＴをこれらの段階でのみ積分して負担感を算出する場合について示したが、乗降動作全体で関節トルクＴを積分し、その積分値を前記負担感として各種評価を行なってもよい。

また、前記実施形態では、関節トルクＴ等の算出において直交座標系で演算した場合について示したが、演算が容易となるような座標系に座標変換して各種の演算を行うようにしてもよい。

本発明の実施形態にかかる車両用設計支援システムの概略ブロック図である。 図１に示す車両用設計支援システムの設計諸元を示す車両の概略正面図である。 図１に示す車両用設計支援システムの設計諸元を示す車両の概略側面図である。 図１に示す車両用設計支援システムで用いる人体の上半身モデルを示す概略図である。 図１に示す車両用設計支援システムで出力される乗降動作の動作軌跡の一例を示すグラフである。 図１に示す車両用設計支援システムで用いる人体の上半身モデルを示す概略図である。 図１に示す車両用設計支援システムで用いる人体の上半身モデルを示す概略図である。 図１に示す車両用設計支援システムで算出される関節トルクの演算結果例を示すグラフである。 図１に示す車両用設計支援システムで算出される負担感の演算結果例を示すグラフである。 図１に示す車両用設計支援システムで算出される負担感の演算結果例を示すグラフである。 図１に示す車両用設計支援システムの動作例を示すフローチャートである。 図１に示す車両用設計支援システムの動作例を示すフローチャートである。

符号の説明

１０ 車両用設計支援システム
１１ 設計諸元記憶手段
１２ 人体特性データ記憶手段
１３ 動作軌跡出力手段
１４ 関節トルク演算手段
１５ 負担感推定手段
１６ 設計諸元許容範囲演算手段
５０ サイドシル
Ｄｎ 設計諸元
Ｄ１ フロア高さ
Ｄ２ シート高さ
Ｄ３ シート位置
Ｄ４ ルーフレール高さ
Ｄ５ フロントピラー位置
Ｄ６ フロントピラー傾斜角
Ｄ７ センターピラー位置
Ｄ８ センターピラー傾斜角
Ｄ９ サイドシル高さ
Ｄ１０ サイドシルの厚み
Ｄ１１ サイドシル位置
Ｉ 慣性モーメント
Ｊ１ 頚関節
Ｊ２ 腰関節
ｍ_１ 頭部重量
ｍ_２ 胸部重量
Ｍ１ 頭部
Ｍ２ 胸部
Ｔ_１ 頚関節トルク
Ｔ_２ 腰関節トルク
Ｗ_１ 頚部負担感
Ｗ_２ 腰部負担感
α 並進加速度
θ" 角加速度

Claims (5)

1. 乗員の車両乗降時の動作を評価することで車両用ドア部周辺の設計諸元の値を決定する車両用設計支援システムであって、
   前記設計諸元の値を記憶する設計諸元記憶手段と、
   乗員の上半身に関する人体特性データを記憶する人体特性データ記憶手段と、
   前記設計諸元の値および前記人体特性データに応じて乗員の車両乗降時の動作軌跡を出力する動作軌跡出力手段と、
   前記記憶された人体特性データと前記動作軌跡出力手段から出力される動作軌跡とに基づいて車両乗降時の乗員の上半身の関節トルクを算出する関節トルク演算手段と、
   当該関節トルク演算手段で算出される前記関節トルクに基づいて前記車両乗降時の乗員の負担感を推定する負担感推定手段とを備え、
   前記人体特性データ記憶手段には、前記人体特性データとして頭部重量や胸部重量等の前記乗員の上半身の体格に関するデータが記憶されており、
   前記関節トルク演算手段は、乗員の上半身を、頭部と胸部と腰部とが剛体で近似されてこれら頭部と胸部とが頚関節で連結されるとともに胸部と腰部とが腰関節で連結された剛体リンクモデルとしてモデル化し、前記関節トルクとして、前記頭部の並進運動と前記頸関節の回転運動とにより当該頸関節に付与される頸トルクと、前記頭部と胸部の並進運動と前記腰関節の回転運動とにより当該頸関節に付与される腰トルクとを算出し、これら頸トルクと腰トルクとを、それぞれ前記動作軌跡に基づいて算出した乗員の頭部および胸部の各並進加速度を用いて算出することを特徴とする車両用設計支援システム。
2. 請求項１に記載の車両用設計支援システムにおいて、
   前記負担感推定手段で推定される負担感が予め定めた許容範囲内であるかどうかを判定するとともに、この判定結果に基づいて前記設計諸元の値の許容範囲を算出する設計諸元許容範囲演算手段を備えることを特徴とする車両用設計支援システム。
3. 請求項１または２に記載の車両用設計支援システムにおいて、
   前記設計諸元の値を変化させた際の前記負担感推定手段で推定される負担感の変化率を演算し、当該負担感の変化率が予め定めた許容範囲内であるかどうかを判定するとともに、この判定結果に基づいて前記設計諸元の値の許容範囲を算出する設計諸元許容範囲演算手段を備えることを特徴とする車両用設計支援システム。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の車両用設計支援システムにおいて、
   前記設計諸元記憶手段に記憶される前記設計諸元が、車両の設計諸元としてのフロアの高さ、シートの高さ、シートの車幅方向の位置、ルーフレールの高さ、フロントピラーの位置、当該フロントピラーの傾斜角、センターピラーの位置および当該センターピラーの傾斜角、サイドシルの高さ、当該サイドシルの車幅方向の厚みおよび当該サイドシルの車幅方向の位置のうち少なくとも一つであることを特徴とする車両用設計支援システム。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の車両用設計支援システムにおいて、
   前記負担感推定手段が、前記車両用ドアの開放角度に応じて、前記設計諸元の値に対す
   る前記車両乗降時の乗員の負担感を推定することを特徴とする車両用設計支援システム。
   

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