JP5154899B2 - コントロールケーブルの配索シミュレーション方法および装置 - Google Patents

Description

本発明はケーブル配索のシミュレーション方法、とくにケーブルを隙間をあけて通すスルークランプを備えたケーブル配索のシミュレーション方法ならびにそのシミュレーション方法を実施するシミュレーション装置に関する。

特公平７−３６１９３号公報 自動車技術会学術講演会前刷集９５２号（１９９５−４）「シフトケーブル配索計算技術の開発」 特再表２００２／０４８９２３号公報

特許文献１には、ブレーキホースのような弾力性を有する線状物体を構造物に取り付けた時の力学的影響を解析して線状物体のレイアウトを解析し、表示する線状物体のレイアウト解析ＣＡＤシステムが開示されている。このＣＡＤシステムは、線状物体の両端を取り付ける構造物の形状の情報、線状物体の長さ、外径、内径、材料を含む情報などを記憶している記憶手段と、線状物体を取り付ける位置および方向を入力する入力手段と、線状物体の変位した形状を演算する演算手段と、その形状を構造物の情報に加えて表示する表示手段などから構成されている。

また、特許文献１には、特定の条件における線状物体の変位した形状を解析するために有限要素法を用いて、線状物体を多数の要素に分割し、全体を分割した要素（梁モデル）の集合体として演算することが開示されている。また、線状物体を梁要素の集合とする場合、梁の面積、断面二次モーメント、捻りモーメントを求め、線状物体の特性を表すことも開示されている。

また、非特許文献１には、トランスミッションのシフトケーブルを複数箇所でクランプで支持したレイアウトモデルについて、ケーブルを梁要素に置き換え、有限要素法を用いて配索経路を予測する手法を開示している。クランプとしては、軸方向および回転方向に拘束しないものを採用している。シフトケーブルの配索経路の演算には、アウターケーシングとインナーケーブルを合わせた全体を採用している。

この手法では、はじめにケーブルのトランスミッション側の端部の全自由度を固定し、ついでケーブルを順次クランプの取り付け位置まで強制変位させる。そのとき、ケーブルの回転自由度は拘束せず、軸方向の移動も拘束しない。また、クランプ位置は、三次元空間の点で特定している（ＦＩＧ．６、ＦＩＧ．７参照）。そして複数のクランプを経由した後、ケーブルのシフトケーブル側の端部を所定の位置まで強制変位させている。

特許文献２は、コントロールケーブルの配索経路を解析する方法として、インナーケーブルの曲げ剛性とアウターケーシングの曲げ剛性を別個に取得し、両者を加え合わせることによりコントロールケーブルの曲げ剛性を得ることができること、アウターケーシングの捻り剛性をコントロールケーブルの捻り剛性としても、計算結果にほとんど差がないことが開示されている。また、ケーブルの途中をバネを介してクランプで拘束するモデルを提案している。バネによる支持としては、上下前後左右の３自由度と、３方向の角度の３自由度とで、全体として６自由度を備えているものを提案している。さらにクランプによるケーブルの支持位置を、クランプ中心、クランプの両端の３カ所で支持するモデルを提案している。

非特許文献１では、ケーブルをクランプで拘束するモデルとして、ケーブルの１点を特定の座標に結合したものを採用しているが、実際にはクランプの長さ、幅、角度などがケーブルの配索経路に影響するので、誤差が大きい。とくにケーブルを隙間をあけて保持するスルークランプの場合は、ケーブルをクランプに固定した状態の配索経路のシミュレーションでは実際の配索経路を正確に再現できず、さらに誤差が大きくなる。

他方、特許文献２のクランプのモデルは、一部を切り欠いた円筒状のクランプを想定し、３カ所でケーブルを保持させるモデルを採用しているので、非特許文献１よりも誤差が少ない。しかし３カ所を一致させる操作はきわめて煩雑であり、しかもクランプ内のケーブルは湾曲しているので、これらの３カ所で支持するモデルでも、充分に正確なシミュレーションは得られない。本発明は、隙間をあけてケーブルを保持するスルークランプを用いる場合でも、コントロールケーブルの配索経路を容易に、かつ正確に得ることができる、スルークランプのケーブル配索シミュレーション方法を提供することを技術課題としている。

本発明のコントロールケーブルの配索経路のシミュレーション方法（請求項１）は、入力手段から入力されたケーブル長さ、ケーブル剛性、ケーブル端部の取付け条件、ケーブル中間部の支持条件、外周面形状のデータならびにスルークランプの形状、位置、中心線の向きおよび内面形状のデータを記憶する記憶手段と、その記憶手段から読み出したケーブル長さ、ケーブル剛性、ケーブル端部の取付け条件のデータに基づいて数値解析し、コントロールケーブルの配索経路を算出する算出手段とを備えたケーブル配索のシミュレーション装置を用い、前記記憶手段に記憶されているケーブル長さと、与えられたケーブル剛性と、与えられたケーブル取付け条件とを用いて前記算出手段が数値解析を実行し、両端が固定され、中間部が支持されていないコントロールケーブルの配索経路を算出する工程と、前記算出した、中間部が支持されていないコントロールケーブルの配索経路のデータと、前記記憶手段が記憶しているスルークランプの形状、位置、中心線の向きおよび内面形状のデータを用いて、前記算出手段がコントロールケーブルの中間部の支持すべき部位の中心線がスルークランプの中心線に一致する条件で数値解析を実行し、中間部がスルークランプの中心線に結合されたコントロールケーブルの配索経路を算出する工程と、前記算出した、中間部がスルークランプの中心線に結合されたコントロールケーブルの配索経路のデータと、前記記憶手段が記憶しているスルークランプの内面形状のデータとコントロールケーブルの外周面形状のデータとを用いて、前記算出手段が、前記コントロールケーブルとスルークランプの結合が解除され、コントロールケーブルの外周面がスルークランプの内面によって支持される条件で数値解析を実行することにより、両端が固定され、中間部がスルークランプを貫通し、その内面によって支持されたコントロールケーブルの配索経路を算出する工程とからなることを特徴としている。なお、ケーブル剛性としては、曲げ剛性と捻り剛性の両方を採用するのが好ましいが、曲げ剛性だけでもよい。以下の説明でも同様である。

本発明のケーブル配索のシミュレーション装置は、与えられたケーブル長さと、与えられたケーブル剛性と、与えられたケーブル取付け条件とを記憶する第１記憶手段と、前記第１記憶手段に記憶されたデータを用いて数値解析を実行し、中間部が支持されていないコントロールケーブルの配索経路を算出する第１算出手段と、与えられたスルークランプの中心線の位置および方向のデータを記憶する第２記憶手段と、前記第１算出手段によって得られたデータと第２記憶手段に記憶されたデータを用いて、コントロールケーブルの支持すべき部位の中心線がスルークランプの中心線に一致する条件で数値解析を再度実行し、中間部がスルークランプの中心線に結合されたコントロールケーブルの配索経路を算出する第２算出手段と、与えられたスルークランプの内面形状のデータとコントロールケーブルの外周面形状のデータを記憶する第３記憶手段と、前記第２算出手段で得られたデータと第３記憶手段に記憶されたデータを用いて、前記コントロールケーブルとスルークランプの結合が解除され、コントロールケーブルの外周面がスルークランプの内面によって支持される条件で数値解析を実行することにより、両端が固定され、中間部がスルークランプを貫通し、その内面によって支持されたコントロールケーブルの配索経路を算出する第３算出手段とを備えていることを特徴としている。

本発明のケーブル配索のシミュレーション方法の第２の態様は、入力されたケーブル長さと、ケーブルの外径と、ケーブル剛性と、ケーブル取付け条件と、スルークランプの中心線の位置および方向と、そのスルークランプの内面形状の三次元データとを記憶する記憶手段と、前記記憶手段のコントロールケーブルおよびスルークランプの三次元データを用いて、与えられた条件で数値解析を行い、コントロールケーブルの配索経路を算出する算出手段と、算出されたコントロールケーブルの配索経路およびスルークランプの画像を表示する表示装置とを備えたコントロールケーブルの配索シミュレーション装置を用い、コントロールケーブルの両端が前記ケーブル取付け条件で固定され、コントロールケーブルがスルークランプを貫通し、かつ、コントロールケーブルの中間部の外周面がスルークランプの内面によって支持される条件で、前記算出手段が数値解析を実行してコントロールケーブルの配索経路を算出し、前記表示装置が、算出されたコントロールケーブルの配索経路の三次元データに基づき、両端が固定され、中間部がスルークランプを貫通し、その内面によって支持されたコントロールケーブルの配索経路の画像を表示することを特徴としている。

本発明のケーブル配索のシミュレーション方法の第３の態様は、入力されたケーブル長さと、ケーブル剛性と、ケーブルの一部に加えられる外力条件とを用いて数値解析を実行し、コントロールケーブルの位置および変形形状を算出する算出手段と、算出されたコントロールケーブルの位置および変形形状に基づいてコントロールケーブルの配索経路の画像を表示する表示装置と、その画像に対して視覚的に前記外力条件のデータを入力する入力手段を備えたコントロールケーブルのシミュレーション装置を用いて、視覚的にコントロールケーブルの形状を得るコントロールケーブルのシミュレーション方法であって、前記表示装置の画面上に、コントロールケーブルの形状、取り付け部の位置および方向、スルークランプの位置および方向を表示し、ついでスルークランプに対してコントロールケーブルが透過する条件で、前記入力手段により、表示装置の画面上で、コントロールケーブルの両端をケーブル取り付け部に固定し、その操作に応じて前記算出手段が、ケーブルの両端に加えられた外力条件を用いて数値解析を実行し、両端が固定されたコントロールケーブルの位置および変形形状を算出すると共に、前記表示装置がコントロールケーブルの配索経路を表示し、ついで前記入力手段により、コントロールケーブルの中間部の中心線をスルークランプの中心線に一致させる操作が行われたとき、その操作に応じて前記算出手段が中間部がスルークランプの中心線に一致したコントロールケーブルの位置および変形形状を算出すると共に、前記表示装置がコントロールケーブルの配索経路を表示し、ついでスルークランプに対してコントロールケーブルが透過しない条件で、中心線同士の結合を解除する操作が行われたとき、その操作に応じて前記算出手段が、両端が固定され、中間部がスルークランプを貫通し、その内面によって支持されたコントロールケーブルの位置および変形形状を算出すると共に、前記表示装置がそのコントロールケーブルの配索経路を表示することを特徴としている。

本発明のケーブルの配索のシミュレーション装置の第２の態様は、入力されたケーブル長さと、ケーブル剛性と、ケーブルの一部に加えられる外力条件のデータと、スルークランプの位置、中心線および内面形状のデータを記憶する記憶手段と、その記憶手段に記憶されたデータを用いて数値解析を実行し、コントロールケーブルの位置および変形形状を算出する算出手段と、算出されたコントロールケーブルの位置および変形形状の画像を表示する表示装置と、表示装置の画像に対して視覚的に前記外力条件のデータを入力する入力手段とを備えたコントロールケーブルの配索シミュレーション装置であって、コントロールケーブルの一端を取り付け部の近辺に移動させる入力手段の操作に応じて、前記算出手段が、コントロールケーブルの一端と取り付け部の中心線を一致させた状態でコントロールケーブルの位置および変形形状を算出すると共に、表示装置がコントロールケーブルの配索経路を表示し、コントロールケーブルの他端を、スルークランプに対してコントロールケーブルが透過する条件で、コントロールケーブルの剛性に抗しながら他方の取り付け部の近辺に移動させ、コントロールケーブルの他端と他方の取り付け部の中心線を一致させる入力手段の操作に応じて、両者の中心線を一致させたコントロールケーブルの位置および変形形状を算出すると共に表示装置がコントロールケーブルの配索経路を表示し、スルークランプに対してコントロールケーブルが透過する条件で、コントロールケーブルの中間部をスルークランプの近辺に移動させ、コントロールケーブルの中間部とスルークランプの中心線を一致させる入力手段の操作に応じて、前記算出手段が両者の中心線を一致させたコントロールケーブルの位置および変形形状を算出すると共に、表示装置がコントロールケーブルの配索経路を表示し、スルークランプに対してコントロールケーブルが透過しない条件で、中心線同士の結合を解除する入力手段の操作に応じて、前記算出手段がコントロールケーブルの表面をスルークランプの内面に当接させたコントロールケーブルの位置および変形形状を算出すると共に、表示装置がコントロールケーブルの配索経路を表示することを特徴としている。

前記ケーブル配索のシミュレーション方法およびケーブル配索のシミュレーション装置では、スルークランプとして鼓型の内面形状を備えているものを用いるのが好ましい。また、前記コントロールケーブルの中心線がスルークランプの中心線に一致するように結合させる工程で、コントロールケーブルの中心線上のスルークランプから外側の２点をスルークランプの中心線に一致させるのが好ましい。さらに前記コントロールケーブルがスルークランプに透過する状態で、コントロールケーブルの両端を固定した後、コントロールケーブルの長さまたは固定条件を変化させてコントロールケーブルのスルークランプの近辺がスルークランプと交差または重なるようにするのが好ましい。

本発明のシミュレーション方法においては、コントロールケーブルの中間部分を強制的に変形させて、スルークランプの近辺のコントロールケーブルの中心線をあらかじめ固定したスルークランプの中心線に一致させる。この状態では、コントロールケーブルとスルークランプとはほとんど干渉せず、コントロールケーブルはスルークランプの中心線にほぼ沿って貫通した状態となる。そのため、その状態でコントロールケーブルの強制的な変形を解除すると、コントロールケーブルは両端が拘束されただけの自然な状態に戻ろうとし、スルークランプの内壁と当接した形状でバランスする。それにより、コントロールケーブルがスルークランプで支持された状態の配索経路を容易にシミュレーションすることができる。

本発明のシミュレーション装置は、前記シミュレーション方法を実施することができる。

本発明のシミュレーション方法の第２の態様は、必要なデータを入力した後、所定の数値解析を実行することにより、直ちに、両端が固定され、中間部がスルークランプを貫通し、その内面によって支持されたコントロールケーブルの配索経路を算出することができる。

本発明のシミュレーション方法の第３の態様は、コントロールケーブルがスルークランプを透過する状態でコントロールケーブルの中間部分を強制的に変形させて、スルークランプの近辺のコントロールケーブルの中心線をスルークランプの中心線に一致させる。この状態では、コントロールケーブルとスルークランプとはほとんど干渉せず、コントロールケーブルはスルークランプの中心線にほぼ沿って貫通した状態となる。ついでコントロールケーブルの強制的な変形を解除すると、コントロールケーブルは両端が拘束されただけの自然な状態に戻ろうとし、スルークランプの内壁と当接した形状でバランスする。それにより、コントロールケーブルがスルークランプで支持された状態の配索経路を容易にシミュレーションすることができる。さらに使用者は表示装置上の画像を入力装置で移動したり外力を加えたりするとき、あたかも実際にコントロールケーブルを取り扱っている感覚で入力装置の操作ができる。したがって直感的に操作を行うので、操作が容易である。

本発明のシミュレーション装置の第２の態様は、前記シミュレーション方法の第２の態様を実施することができる。

前記シミュレーション方法または装置において、前記スルークランプとして鼓型の内面形状を備えているものを用いる場合は、コントロールケーブルの中心線をスルークランプの中心線に合致させるとき、一層両者が干渉しにくい。さらに実際のコントロールケーブルの配索においても、コントロールケーブルの曲げ部分の曲率半径が大きくなるので、インナーケーブルをスムーズに摺動させることができる。

前記コントロールケーブルの中心線がスルークランプの中心線に一致するように結合させる工程で、コントロールケーブルの中心線上のスルークランプから外側の２点をスルークランプの中心線に一致させる場合は、スルークランプとコントロールケーブルの隙間が小さい場合、あるいはコントロールケーブルの湾曲が大きい場合でも、コントロールケーブルとスルークランプとが干渉しにくい。

前記コントロールケーブルがスルークランプに透過する状態で、コントロールケーブルの両端を固定した後、コントロールケーブルの長さまたは固定条件を変化させてコントロールケーブルのスルークランプの近辺がスルークランプと交差または重なるようにする場合は、コントロールケーブルの中心線とスルークランプの中心線の結合を解除した後、滑らかな湾曲の配索経路を得ることができる。

つぎに図面を参照しながら本発明のシミュレーション方法の実施形態を説明する。図１は本発明のシミュレーション方法でシミュレーションされるコントロールケーブルの一実施形態を示す実体側面図、図２および図３は本発明のシミュレーション方法の一実施形態を示すフローチャート、図４はそれらのシミュレーション方法で表示装置に表示される主要工程の画像、図５は図４のＳ２０２〜Ｓ２０５工程のスルークランプ部分の拡大画像、図６は図５のＳ２０３、Ｓ２０５工程のスルークランプの軸方向から見た拡大画像、図７は本発明のシミュレーション方法に用いるシミュレーション装置のブロック図である。

はじめに図１を参照して本発明のシミュレーション方法の対象となるコントロールケーブル（以下、単にケーブルという）について説明する。図１に示すケーブル１０は、自動車のシフトレバーとトランスミッションの間の操作力の伝達に用いられるシフトケーブルであり、可撓性を有する筒状のアウターケーシング１１と、その内部に摺動自在に収容されるインナーケーブル１２とからなる。このケーブル１０は、押し引き両方向の力を伝達する公知のプッシュプルケーブルである。ただしプルケーブルを採用することもできる。

アウターケーシング１１は断面角形の鋼線を密に螺旋巻きしたアウターコイルからなる鎧層の周囲に合成樹脂被覆を設けたものが用いられる。アウターコイルの内部にチューブ状の合成樹脂製のライナーを設ける場合もある。ライナーの周囲に細い多数本の金属線を緩く螺旋巻きしたアウターシールドを設ける場合もある。インナーケーブルは、撚り合わせた鋼線あるいは１本の金属製の芯心の周囲に複数本の金属細線を螺旋巻きしたものからなる。

アウターケーシング１１の端部には、筒状のキャップ（アウターキャップ）１４、１５を加締めなどで固着している。それらのキャップ１４、１５は、トランスミッション側のハウジング１６やシフトレバー側のハウジング１７にアウターケーシング１１の端部を所定の角度および位置で固定すると共に、インナーケーブル１２の端部を摺動自在にガイドするための筒状の部品である。なお、図１の符号１８はインナーケーブル１２の端部に固着されたロッド、符号１９はそのロッド１８をガイドしながらケーシング２０内に首振り自在に連結されるガイドパイプである。アウターケーシング１１の途中は、スルークランプ２１で保持されている。スルークランプ２１はケーブル１０の途中を、車体の所定の位置に所定の角度で保持するものであり、それによりエンジンルームの内部の各種の部材（剛体壁）とケーブル１０との干渉を避けることができる。スルークランプ２１はケーブル１０の軸方向の移動および軸まわりの回転が自由となるように、ケーブル１０の周囲との間に隙間ができる貫通孔２２を備えている。

この実施形態では、スルークランプ２１はケーブル１０の中心線側が凸となるように湾曲した湾曲線を中心軸周りに回転させた形態の、いわば鼓状の内面２３を備えている。湾曲線としては、放物線あるいは楕円の一部などの二次曲線あるいは４次の項を備えた四次曲線など、どの位置においても内面側が凸となるように湾曲した曲線が用いられる。

本発明のシミュレーション方法の基本的な流れは、図２のステップＳ１０１〜Ｓ１０５、図３のステップＳ３０１〜３０２に示すように、従来のシミュレーション方法、たとえば非特許文献１や特許文献２の方法とほぼ同様である。すなわち、はじめに準備工程として、設計図のコントロールケーブル（以下、単にケーブルという）の三次元ＣＡＤデータから、ケーブルの各部品の座標値、ケーブル長さを読みとる（ステップＳ１０１）。読みとったデータは後述するパーソナルコンピュータからなるシミュレーション装置（図７参照）の記憶装置に記憶させるために入力しておく。

さらに記憶装置には、三次元モデルに必要なアウターケーシングの外径、長さ、曲げ剛性（曲げ弾性係数）、断面二次モーメント、軸方向の弾性係数、インナーケーブルの外径、長さ、曲げ剛性、軸方向の弾性係数などが入力される。ケーブル１０の両端に取り付けるキャップ１４、１５の外径および長さ、スルークランプ２１の位置、内面形状、長さなどの三次元データも入力される。なお、各部品のデータは、あらかじめ記憶させたデータベースとしておき、シミュレーションの対象となる部品を呼び出して組み合わせてもよい。

ついで配索シミュレーションソフトを立ち上げる。配索シミュレーションソフトは、非特許文献２や特許文献２に開示されている有限要素法による解析ソフトなどが用いられる。このものは、ケーブル１０の端部の位置、角度、曲げモーメント、軸方向の力などの条件を設定すると、ケーブルを微小な梁の集合体としてモデル化し、各要素の隣接する要素との境界における曲げモーメント、軸方向の力、たわみ角などを演算してケーブルの自然な状態の湾曲状態、すなわち配索経路を求めることができるものである。さらにケーブルの特定の部位あるいは範囲に特定の大きさおよび方向の外力が加わった場合の湾曲状態についても、同様に演算して表示することができる。さらにケーブルの一定の範囲の中心線または表面が、特定の中心線あるいは表面形状に強制的に合わせるように変形させられたとき、そのような変形状態をもたらす外力の位置や向き（ベクトル）あるいは外力の分布を演算し、得られた外力によってケーブル全体の変形形状（配索経路）を算出することもできる。さらにその算出結果に基づいて、ケーブルの配索状態の三次元画像データを作成し、見る方向を指定することにより、表示装置に表示することができるものである。

さらに本発明のシミュレーション方法に用いる配索シミュレーションソフトは、ケーブル１０がスルークランプ２１を透過する状態と透過しない状態とを切り換えることができるものである。透過する状態は、たとえばケーブル１０にスルークランプ２１からの外力が与えられない状態でケーブル１０の形状を表示し、その画像にスルークランプ２１の画像を単に重ねて表示すればよい。また、両方の画像を異なるレイヤーで表示し、重なった画像として出力させるようにしてもよい。透過しない状態は、ケーブル１０に対し、ケーブル１０に加わっている湾曲の曲げモーメントなどとスルークランプ２１の内面からの抗力とがバランスする状態を演算し、ケーブル１０に加わる外力分布を特定し、その外力分布が加わった条件でケーブル１０の変形形状を算出し、その画像とスルークランプの画像を重ねて表示することにより行う。

図２、図３の方法では、まず部品を選択し、取り付けるべき座標および方向ベクトルを入力する（ステップＳ１０３）。さらにクランプの種類、大きさ、取り付けるべき位置、角度などの各種の設定（条件）を入力する（ステップＳ１０４）。さらにケーブル１０と干渉するおそれがある周囲の剛体壁（図１の符号２４）、たとえばエンジンルーム内のエンジン、トランスミッション、配管などのデータを入力装置から入力する（ステップＳ１０５）。なお、剛体壁２４は、ケーブル１０が透過する状態にしておくのが好ましい。途中の操作の邪魔にならないようにするためである。最終的な配索経路が定まった後、透過しない状態にして、干渉状態を確認すればよい。あるいは透過する状態のままで、しかも干渉する部位を赤色の線で示すなどにより、注意を換気する表示するようにしてもよい。

ついで使用者はケーブル１０の一端のキャップ１４を固定すべき所定位置、たとえばトランスミッション側のハウジング１７に固定する（ステップＳ２０１）。この操作は、たとえばキャップ１４の取り付け位置の座標と、中心線の向きを示すベクトルとを配索シミュレーションソフトに入力し、キャップ１４に変位を与えて動かすようにする。なお、両端にキャップ１４、１５を固定したケーブル１０の画像を表示装置に表示させ、マウスポイントをケーブル１０上の１点に合わせてクリックし、ドラッグしてケーブルの画像（オブジェクト）を移動させ、回転などの操作を行った上で、固定する側のキャップ１４を固定位置まで移動させ、さらにそれぞれ選択した中心線同士を一致させるコマンドを与えるなど、直感的に行うことができるようにしてもよい。それにより操作する者は、直感的に操作することができる。ただし単に一端を一方の固定位置に固定するコマンドを与えて固定状態の画像を演算させるようにしてもよい。コマンドはポップアップウインドのいくつかのコマンドの枝から選択させるのが好ましい。それにより通常のＣＡＤの操作と同様の操作で視覚的、直感的に操作することができる。

この操作により、図３のステップＳ２０１で示すように、ケーブル１０の一端を取り付け位置に所定の角度で固定することができる。なお、上記のケーブル１０の移動および固定の操作では、ケーブル１０に外力は加わっておらず、ケーブル１０は直線の状態のままである。また、データ的には三次元で処理を行い、表示装置ではスルークランプ２１を横から見る向きで表示させればよい。

ついでスルークランプ２１とケーブル１０が透過する状態にした上で、ケーブル１０の他端のキャップ１５をシフトレバー側のハウジング１７の所定位置に固定する操作を行う（ステップＳ２０２）。この場合もキャップ１５の取り付け位置の座標と、中心線の向きを示すベクトルとを配索シミュレーションソフトに入力し、キャップ１５に変位を与えて動かすようにする。ただし移動させるキャップ１５にマウスポインタを合わせ、ドラッグして取り付け位置まで移動させ、中心線（軸線）同士を合わせるコマンドを実行させるようにしてもよい。なお、このように一端を取り付けた後、他端側を移動させるのは、ケーブルの端部の固定状態の組み合わせによっては、変形させていく経路によって最終の安定した湾曲状態が異なる場合があるためである。これにより、特許文献２などと同様に、一端を固定し、その状態からケーブルの他端に加えられる力および向きに応じて、順次ケーブルのたわみ角度などを演算させ、変形途中の形状を特定し、画面に表示させることができる。そして変形の履歴が明確になり、最終の安定した変形形状が一意的に定まる。さらに操作する者にとっても、直感的に操作できるメリットがある。ただし、最終的な変形状態が一意的に定まるような簡易な配索の場合は、あらかじめ定めた取り付け位置、方向に、両方のキャップ１４、１５を同時に固定させるコマンドを実行させるようにしてもよい。

ステップＳ２０２を実行すると、図４および図５のステップＳ２０２で示すように、ケーブル１０が三次元的にスルークランプ２１に重なっている。また、重ならない位置であっても、はじめの設計が適切であれば、ケーブル１０はスルークランプ２１の中心線Ｊ１に近い位置に来る。この状態から、コマンドの選択により、スルークランプ２１の中心線Ｊ１とケーブル１０の中心線Ｊ２とを一致させる（ステップＳ２０３）。なお、ケーブル１０とスルークランプ２１とがかなり離れている場合は、はじめの設計が不適切であるとして、ケーブル長さや固定位置を変えるか、設計をしなおすようにする。あるいはスルークランプ２１の取り付け位置の座標と、中心線の向きを示すベクトルとを変更し、配索シミュレーションソフトに再度入力し、スルークランプ２１に変位を与えて動かすようにする。なお、ケーブル１０の特定部位の位置の座標を配索シミュレーションソフトに入力し、スルークランプ２１の中心線に強制的に合致させてもよい。また、マウスポインタをケーブル１０の一部に合わせてクリックし、ドラッグすることにより、強制的にケーブル１０を撓ませてスルークランプ２１に重ねるようにするようにしてもよい。

なお、ケーブル１０はスルークランプ２１と重なっている範囲でもいくらか湾曲しているので、ケーブル１０の中心線上でスルークランプ２１の外側に出ている２点を取り、その２点の範囲を直線上に変形させた上で、スルークランプ２１の中心線Ｊ１に重なるように操作してもよい。変形の操作は前述の場合と同様に、そのような変形をもたらす外力ないし外力分布を演算し、そのような外力を含めてケーブル１０の配索状態を算出し直せばよい。これらの操作は図５のようにスルークランプ２１の部分を拡大させながら行うのが好ましい。さらに図６に示すように、スルークランプ２１の中心線Ｊ１の方向から表示装置に表示すると、スルークランプ２１とケーブル１０の位置関係、とくに干渉の有無を容易に確認することができる。

ケーブル１０の前記２点間の中心線Ｊ２をスルークランプ２１の中心線Ｊ１に合わせると、ケーブル１０はスルークランプ２１の内部に入り込み、内壁と干渉しない。そこでケーブル１０とスルークランプ２１を互いに透過しない状態に切り換えると共に、両者の中心線同士を一致させる結合を解除する（ステップＳ２０４）。それによりケーブル１０が元の位置および形状、すなわちステップＳ２０２の結合する前の配索経路の位置に弾力によって戻ろうとする。そしてケーブル１０の外周面がスルークランプ２１の内壁と当接し、バランスして最終的な配索経路が得られる（ステップＳ３０１）。この場合、結合する前の両者の中心線同士のずれの大きさ、角度により、スルークランプ２１の両端でケーブル１０の異なる側の２点が当接したり、スルークランプ２１の内壁の一方の面に連続的に当接したりする。しかしいずれの場合もケーブル１０はスルークランプ２１の内部に入っている状態から変形するので、演算も容易である。

そして最終的に、両端がトランスミッション側のハウジング（図１の符号１６）およびシフトレバー側のハウジング（図１の符号１７）に固定され、中間部分がスルークランプ２１に通されて支持されるケーブル１０の配索経路のシミュレーションデータおよび画像が得られる。このようにして得られたケーブル１０の配索経路は、従来の配索経路のシミュレーションに比して実際の配索状態に近い。しかも最終の状態までの操作は、直感的に行うことができる。得られた配索経路のシミュレーションのデータは、たとえばケーブル１０の総曲げ角度、最小曲率半径（最小Ｒ）を確認し、いずれも許容値に入っているか、否かを確認するのに使用することができる（ステップＳ３０２）。

なお、スルークランプ２１の内壁が鼓型であるので、ケーブル１０のスルークランプ２１内部での湾曲は緩やかであり、通常はこの部分では許容値に入る。もし許容値に入っていない場合は、ケーブル１０の長さやキャップ１４、１５の固定条件を見直し、再度前述の操作を行う。なお、総曲げ角度とは、ケーブル１０の曲げ部分の曲げ角度の総和であり、一方のキャップ１４から出たところの曲げ角度、スルークランプ２１に入る位置での曲げ角度、出ていく部位での曲げ角度、他方のキャップ１５に連続する部位での曲げ角度の総和である。この総曲げ角度が大きい場合は、インナーケーブルとアウターケーシングの摩擦が大きくなるので、所定の許容値が定められている。

前述の配索経路のシミュレーション方法は、たとえば図７に示すシミュレーション装置３０で行うことができる。このシミュレーション装置３０には、通常のパーソナルコンピュータ（パソコン）を使用することができ、それに三次元ＣＡＤソフトおよびシミュレーション方法を実行するソフト（解析プログラム）を格納することにより、シミュレーション装置３０が得られる。このシミュレーション装置３０は、コントロールケーブルの三次元データと、そのコントロールケーブルの両端の固定位置および固定方向のデータと、そのコントロールケーブルの中間部を隙間をあけて保持するスルークランプの三次元データと、そのスルークランプの固定位置および固定方向のデータと、各データの処理を入力する入力装置３１と、入力されたデータおよびシミュレーション用のソフトを記憶する記憶装置３２と、それらのデータおよび入力装置３１から与えられるコマンドに基づき、ソフトに沿って演算し、画像などを出力する中央処理装置３３と、中央処理装置３３から出力される画像データを表示する表示装置３４とを備えている。なお、符号３５は中央処理装置が外部からデータを受ける入力制御部であり、符号３６は出力制御部である。

入力装置３１としては、数値を入力するキーボード、オブジェクトの移動や変形を指示し、コマンドを選択するためのマウスが用いられる。ＣＡＤデータを通信線ないし通信用無線あるいは記憶媒体を介して記憶装置に取り込むこともできる。記憶装置３２としては、ハードディスクが用いられる。ただしフラッシュメモリなど、各種の半導体メモリ、磁気ディスク、レーザーディスクなどの記憶媒体なども用いることができる。表示装置３４は画像を表示するものであり、液晶パネル、プラズマパネルなどのモニタが用いられる。中央処理装置３３は、各種の演算を実行するものであり、パーソナルコンピュータの中央処理装置が用いられる。シミュレーション装置３０はＣＡＤ用のコンピュータをそのまま用いてもよい。

前述の配索経路のシミュレーション方法では、ケーブル１０の中心線Ｊ２上でスルークランプ２１の外側に出ている２点を取り、その２点の範囲をスルークランプ２１の中心線に重なるように操作しているが、スルークランプ２１の長さ方向の内部の２点を取るようにしてもよい。その場合でも、スルークランプ２１の内壁が鼓型であるので、ほとんどの場合はケーブル１０がスルークランプ１２の内壁と干渉しない状態に収まる。その場合は、干渉していないことを確認した上で、ステップＳ２０５に進めばよく、干渉している場合は、ステップＳ２０３に戻り、ケーブル１０の中心線上の２点の間隔を広げて再度ステップ２０４、Ｓ２０５を行えばよい。

また、前記実施形態では、ケーブル１０の長さやキャップ１４、１５の固定位置および角度はあらかじめ設計値に基づいて定めているが、ステップＳ２０２の状態でケーブル１０の中心線Ｊ２とスルークランプ２１の中心線Ｊ１がかなり離れている場合は、その時点でケーブル長さを変化させたり、キャップ１４、１５の固定位置および角度を変化させて、中心線同士近づけるようにすることもできる。そうすることにより、中心線同士を一致している状態を解除したとき、ケーブル１０のスルークランプ２１による拘束が少なくなり、ケーブル１０の湾曲が小さくなってスムーズなインナーケーブルの操作を行うことができる。

前記実施形態ではケーブル１０の中間位置を１個のスルークランプ２１で保持しているが、２個以上のスルークランプ２１で保持する場合についても同様にシミュレーションすることができる。また、前記実施形態では、ケーブル１０を保持する手段として鼓状の貫通孔２２を備えたスルークランプ２１を採用しているが、円筒状の空洞を備えたスルークランプ２１を採用することもでき、前述の方法と同様にケーブル１０の配索をシミュレーションすることができる。

本発明のシミュレーション方法でシミュレーションされるコントロールケーブルの一実施形態を示す実体側面図である。 本発明のシミュレーション方法の一実施形態を示すフローチャートである。 図２に続くフローチャートである。 図２、図３のシミュレーション方法で表示装置に表示される主要工程の画像である。 図４のＳ２０２〜Ｓ２０５工程のスルークランプ部分の拡大画像である。 図５のＳ２０３、Ｓ２０５工程のスルークランプの軸方向から見た拡大画像である。 本発明のシミュレーション方法に用いるシミュレーション装置のブロック図である。

符号の説明

１０ ケーブル（コントロールケーブル）
１１ アウターケーシング
１２ インナーケーブル
１４、１５ キャップ
１６ トランスミッション側のハウジング
１７ シフトレバー側のハウジング
１８ ロッド
１９ ガイドパイプ
２０ ケーシング
２１ スルークランプ
２２ 貫通孔
２３ 内面
２４ 剛体壁
Ｊ１ スルークランプの中心線
３０ シミュレーション装置
３１ 入力装置
３２ 記憶装置
３３ 中央処理装置
３４ 表示装置
３５ 入力制御部
３６ 出力制御部

Claims (10)

1. 入力手段から入力されたケーブル長さ、ケーブル剛性、ケーブル端部の取付け条件、ケーブル中間部の支持条件、外周面形状のデータならびにスルークランプの形状、位置、中心線の方向および内面形状のデータを記憶する記憶手段と、
   その記憶手段から読み出したケーブル長さ、ケーブル剛性、ケーブル端部の取付け条件のデータに基づいて数値解析し、コントロールケーブルの配索経路を算出する算出手段
   とを備えたケーブル配索のシミュレーション装置を用い、
   前記記憶手段に記憶されているケーブル長さと、与えられたケーブル剛性と、与えられたケーブル取付け条件とを用いて前記算出手段が数値解析を実行し、両端が固定され、中間部が支持されていないコントロールケーブルの配索経路を算出する工程と、
   前記算出した、中間部が支持されていないコントロールケーブルの配索経路のデータと、前記記憶手段が記憶しているスルークランプの形状、位置、中心線の方向および内面形状のデータを用いて、前記算出手段がコントロールケーブルの中間部の支持すべき部位の中心線がスルークランプの中心線に一致する条件で数値解析を実行し、中間部がスルークランプの中心線に結合されたコントロールケーブルの配索経路を算出する工程と、
   前記算出した、中間部がスルークランプの中心線に結合されたコントロールケーブルの配索経路のデータと、前記記憶手段が記憶しているスルークランプの内面形状のデータとコントロールケーブルの外周面形状のデータとを用いて、前記算出手段が、前記コントロールケーブルとスルークランプの結合が解除され、コントロールケーブルの外周面がスルークランプの内面によって支持される条件で数値解析を実行することにより、両端が固定され、中間部がスルークランプを貫通し、その内面によって支持されたコントロールケーブルの配索経路を算出する工程とからなる、
   ケーブル配索のシミュレーション方法。
2. 前記シミュレーション装置が、算出した配索経路の画像と、前記記憶手段から読み出したスルークランプのデータに基づくスルークランプの画像とを表示する表示装置とを備えており、
   前記各工程で、算出手段が算出した結果を表示装置が表示する請求項１記載のケーブル配索のシミュレーション方法。
3. 与えられたケーブル長さと、与えられたケーブル剛性と、与えられたケーブル取付け条件とを記憶する第１記憶手段と、
   前記第１記憶手段に記憶されたデータを用いて数値解析を実行し、中間部が支持されていないコントロールケーブルの配索経路を算出する第１算出手段と、
   与えられたスルークランプの中心線の位置および方向のデータを記憶する第２記憶手段と、
   前記第１算出手段によって得られたデータと第２記憶手段に記憶されたデータを用いて、コントロールケーブルの支持すべき部位の中心線がスルークランプの中心線に一致する条件で数値解析を再度実行し、中間部がスルークランプの中心線に結合されたコントロールケーブルの配索経路を算出する第２算出手段と、
   与えられたスルークランプの内面形状のデータとコントロールケーブルの外周面形状のデータを記憶する第３記憶手段と、
   前記第２算出手段で得られたデータと第３記憶手段に記憶されたデータを用いて、前記コントロールケーブルとスルークランプの結合が解除され、コントロールケーブルの外周面がスルークランプの内面によって支持される条件で数値解析を実行することにより、両端が固定され、中間部がスルークランプを貫通し、その内面によって支持されたコントロールケーブルの配索経路を算出する第３算出手段とを備えた、
   ケーブル配索のシミュレーション装置。
4. 入力されたケーブル長さと、ケーブルの外径と、ケーブル剛性と、ケーブル取付け条件と、スルークランプの中心線の位置および方向と、そのスルークランプの内面形状の三次元データとを記憶する記憶手段と、
   前記記憶手段のコントロールケーブルおよびスルークランプの三次元データを用いて、与えられた条件で数値解析を行い、コントロールケーブルの配索経路を算出する算出手段と、
   算出されたコントロールケーブルの配索経路およびスルークランプの画像を表示する表示装置とを備えたコントロールケーブルの配索シミュレーション装置を用い、
   前記算出した、中間部が支持されていないコントロールケーブルの配索経路のデータと、前記記憶手段が記憶しているスルークランプの形状、位置、中心線の方向および内面形状のデータを用いて、前記算出手段がコントロールケーブルの中間部の支持すべき部位の中心線がスルークランプの中心線に一致する条件で数値解析を実行し、中間部がスルークランプの中心線に結合されたコントロールケーブルの配索経路を算出する工程と、
   前記算出した、中間部がスルークランプの中心線に結合されたコントロールケーブルの配索経路のデータと、前記記憶手段が記憶しているスルークランプの内面形状のデータと、コントロールケーブルの外周面形状のデータとを用いて、前記算出手段が、前記コントロールケーブルとスルークランプの結合が解除され、コントロールケーブルの両端が前記ケーブル取付け条件で固定され、コントロールケーブルがスルークランプを貫通し、かつ、コントロールケーブルの中間部の外周面がスルークランプの内面によって支持される条件で、前記算出手段が数値解析を実行してコントロールケーブルの配索経路を算出し、
   前記表示装置が、算出されたコントロールケーブルの配索経路の三次元データに基づき、両端が固定され、中間部がスルークランプを貫通し、その内面によって支持されたコントロールケーブルの配索経路の画像を表示する、
   コントロールケーブルの配索経路のシミュレーション方法。
5. 入力されたケーブル長さと、ケーブル剛性と、ケーブルの表面形状と、ケーブルの一部に加えられる外力条件と、スルークランプの内面形状および配置状態のデータを記憶する記憶手段と、
   その記憶手段のデータを用いて数値解析を実行し、コントロールケーブルの位置および変形形状を算出する算出手段と、
   算出されたコントロールケーブルの位置および変形形状に基づいてコントロールケーブルの配索経路の画像を表示する表示装置と、
   その画像に対して視覚的に前記外力条件のデータを入力する入力手段を備えたコントロールケーブルのシミュレーション装置を用いて、視覚的にコントロールケーブルの形状を得るコントロールケーブルのシミュレーション方法であって、
   前記表示装置の画面上に、コントロールケーブルの形状、取り付け部の位置および方向、スルークランプの位置および方向を表示し、
   ついでスルークランプに対してコントロールケーブルが透過する条件で、前記入力手段により、表示装置の画面上で、コントロールケーブルの両端をケーブル取り付け部に固定し、
   その操作に応じて前記算出手段が、ケーブルの両端に加えられた外力条件を用いて数値解析を実行し、両端が固定されたコントロールケーブルの位置および変形形状を算出すると共に、前記表示装置がコントロールケーブルの配索経路を表示し、
   ついで前記入力手段により、コントロールケーブルの中間部の中心線をスルークランプの中心線に一致させる操作が行われたとき、
   その操作に応じて前記算出手段が中間部がスルークランプの中心線に一致したコントロールケーブルの位置および変形形状を算出すると共に、前記表示装置がコントロールケーブルの配索経路を表示し、
   ついでスルークランプに対してコントロールケーブルが透過しない条件で、中心線同士の結合を解除する操作が行われたとき、
   その操作に応じて前記算出手段が、両端が固定され、中間部がスルークランプを貫通し、その内面によって支持されたコントロールケーブルの位置および変形形状を算出すると共に、前記表示装置がそのコントロールケーブルの配索経路を表示する、
   ケーブル配索のシミュレーション方法。
6. 入力されたケーブル長さと、ケーブル剛性と、ケーブルの表面形状と、ケーブルの一部に加えられる外力条件と、スルークランプの中心線の位置および方向、内面形状のデータを記憶する記憶手段と、
   その記憶手段に記憶されたデータを用いて数値解析を実行し、コントロールケーブルの位置および変形形状を算出する算出手段と、
   算出されたコントロールケーブルの位置および変形形状の画像を表示する表示装置と、
   表示装置の画像に対して視覚的に前記外力条件のデータを入力する入力手段とを備えたコントロールケーブルの配索シミュレーション装置であって、
   コントロールケーブルの一端を取り付け部の近辺に移動させる入力手段の操作に応じて、前記算出手段が、コントロールケーブルの一端と取り付け部の中心線を一致させた状態でコントロールケーブルの位置および変形形状を算出すると共に、表示装置がコントロールケーブルの配索経路を表示し、
   コントロールケーブルの他端を、スルークランプに対してコントロールケーブルが透過する条件で、コントロールケーブルの剛性に抗しながら他方の取り付け部の近辺に移動させ、コントロールケーブルの他端と他方の取り付け部の中心線を一致させる入力手段の操作に応じて、両者の中心線を一致させたコントロールケーブルの位置および変形形状を算出すると共に表示装置がコントロールケーブルの配索経路を表示し、
   スルークランプに対してコントロールケーブルが透過する条件で、コントロールケーブルの中間部をスルークランプの近辺に移動させ、コントロールケーブルの中間部とスルークランプの中心線を一致させる入力手段の操作に応じて、前記算出手段が両者の中心線を一致させたコントロールケーブルの位置および変形形状を算出すると共に、表示装置がコントロールケーブルの配索経路を表示し、
   スルークランプに対してコントロールケーブルが透過しない条件で、中心線同士の結合を解除する入力手段の操作に応じて、前記算出手段がコントロールケーブルの表面をスルークランプの内面に当接させたコントロールケーブルの位置および変形形状を算出すると共に、表示装置がコントロールケーブルの配索経路を表示する、
   ケーブル配索のシミュレーション装置。
7. 前記スルークランプとして鼓型の内面形状を備えているものを用いる請求項１、２、４または５記載のシミュレーション方法。
8. 前記スルークランプとして鼓型の内面形状を備えているものを用いる請求項３または６記載のシミュレーション装置。
9. 前記コントロールケーブルの中心線がスルークランプの中心線に一致するように結合させる工程で、コントロールケーブルの中心線上のスルークランプから外側の２点をスルークランプの中心線に一致させる請求項１、２、４または５記載のシミュレーション方法。
10. 前記コントロールケーブルがスルークランプに透過する状態で、コントロールケーブルの両端を固定した後、コントロールケーブルの長さまたは固定条件を変化させてコントロールケーブルのスルークランプの近辺がスルークランプと交差または重なるようにする、請求項１、２、４または５記載のシミュレーション方法。

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