JP5302910B2 - デント剛性予測方法 - Google Patents

Description

本発明は、車両の外板パネルのデント剛性を予測する方法、特に、成形天井が取り付けられたルーフパネルの耐荷重量としてのデント剛性を予測する方法に関する。

従来、車両の外板パネルのデント剛性の測定は、実際に試作車を用いて行われていた。したがって、設計段階ではデント剛性が不明であり、デント剛性が不足していると判明した場合には、設計にフィードバックされ、再度試作車を製作する必要があった。そのため、開発期間やコストの増大を招く問題が生じていた。

一方、設計段階において外板パネルのデント剛性が予測できれば、上述のような問題が生じ得ないため、設計段階における外板パネルのデント剛性予測技術が望まれていた。特に、積雪時にはルーフ全体に一様な荷重が加わり、そのような荷重に対して塑性変形があってはならない。そのため、ルーフ全体への一様な荷重に対するデント剛性を的確に予測する技術が望まれていた。

そのような技術として、例えば、特許文献１の技術がある。この特許文献１の技術では、金属製の板部材の測定点に負荷をかけた際に測定点の周囲に定義される応力影響領域の面積をタワミ面積として算定し、板部材の測定点の曲率と板部材の測定点の板厚と板部材の材質とタワミ面積とにより、所定の関係式に基づいて測定点の負荷方向での変位をデント剛性として算定している。

特開２００７−３３０６７号公報

特許文献１の技術では、板部材のタワミ面積と曲率と板厚と材質（以下、これらを因子と総称する）を所定の関係式に代入することにより、板部材のデント剛性を予測している。なお、板部材のタワミ面積は、板部材の取り付け状態等に基づいて算定されるため、いずれの因子も設計段階で既知となる値である。したがって、特許文献１の技術を用いれば、設計段階において板部材のデント剛性を予測することができる。

しかしながら、近年の車両では、成形天井（ルーフライニング）が取り付けられたルーフを採用しているものが増えてきている。このような成形天井が取り付けられたルーフの外板（以下、ルーフパネルと称する）では、ルーフライニングがルーフパネルに対する荷重の一部を負担している。そのため、ルーフライニングが取り付けられたルーフパネルのデント剛性は、ルーフパネル単体のデント剛性とは異なっている。したがって、特許文献１の技術を用いても、成形天井が取り付けられたルーフパネルのデント剛性を正確に求めることはできない。

上記課題に鑑み、本発明の目的は、成形天井が取り付けられたルーフパネルのデント剛性の予測技術を提供することである。

前記課題を解決するために、本発明のデント剛性予測方法は、成形天井が取り付けられた車両のルーフパネルに対して略一様な荷重を加えた際の当該ルーフパネルの耐荷重量としてのデント剛性を予測するデント剛性予測方法であって、前記成形天井が取り付けられていない状態における前記ルーフパネルのデント剛性を決定付ける因子と前記成形天井と前記ルーフパネルとの取り付け状態を表す因子とに基づき、所定の関係式により前記成形天井が取り付けられた前記ルーフパネルのデント剛性を予測することを特徴としている。

成形天井が取り付けられたルーフパネルに加えられる負荷は、ルーフパネルだけでなく成形天井によっても支えられる。そのため、成形天井が取り付けられているルーフパネルのデント剛性は、ルーフパネルのみのデント剛性を予測しても正確に予測することはできない。そのため、本発明では、成形天井が取り付けられていない状態のルーフパネルのデント剛性、すなわち、ルーフパネル自体のデント剛性を決定付ける因子と、成形天井とルーフパネルとの取り付け状態を表す因子とを用いて、所定の予測式（関係式）から成形天井が取り付けられたルーフパネルのデント剛性を予測している。これにより、成形天井が支える負荷をも加味した状態でルーフパネルのデント剛性を的確に予測することができる。

また、本発明のデント剛性予測方法の好適な実施形態の一つでは、前記成形天井と前記ルーフパネルとは接着により取り付けられており、前記成形天井が取り付けられていない前記ルーフパネルのデント剛性を決定付ける因子は、前記ルーフパネルの板厚と、前記ルーフパネルの面積と、前記ルーフパネルの曲率と、であり、前記成形天井と前記ルーフパネルとの取り付け状態を表す因子は、当該成形天井と当該ルーフパネルとの接着面積と、当該成形天井と当該ルーフパネルとの間の隙間寸法である。

この構成では、成形天井とルーフパネルとが接着により取り付けられている場合において、上述のような因子を用いることにより、ルーフパネルのデント剛性を的確に予測することができる。

本発明のデント剛性予測方法を適用する車両のルーフ付近の分解斜視図である。 車両のルーフの曲率の求め方を表す図である。 車両のルーフの曲率の求め方を表す図である。 車両のルーフの面積の求め方を表す図である。 車両と成形天井とを接着する際の接着剤の塗布状態を示す図である。

以下に図面を用いて、本発明のデント剛性予測方法の実施形態を説明する。なお、本実施形態におけるデント剛性とは、ルーフパネルに一様な荷重が加えられた際に、ルーフパネルの荷重方向への変位量が所定の許容変位量となる荷重の大きさを意味するが、所定の荷重を加えた際の荷重方向の変位量としても構わない。また、本実施形態では、積雪により車両のルーフへ略一様な荷重が加えられた際のデント剛性を予測する場合を説明し、デント剛性として荷重に代えて、ルーフパネルに一様に積もった積雪量（積雪高さ）を用いる。当然ながら、車両のルーフへの略一様な荷重は積雪に限定されるものではない。

図１は、車両Ｖのルーフ１である。図に示すように、ルーフ１は曲面形状を持つルーフパネル２により構成されている。また、ルーフパネル２の車体側には合成樹脂製の成形天井４が取り付けられている。そのため、ルーフパネル２への荷重はルーフパネル２のみならず成形天井４も負担することとなる。

そのため、成形天井４が取り付けられたルーフパネル２のデント剛性を、ルーフパネル２自体の特性のみから予測しても正確な結果を得ることができない。上述したように、ルーフパネル２に加えられる荷重は成形天井４も負担している。本発明の発明者らは実験を通して、このときの成形天井４の荷重の負担量は、ルーフパネル２と成形天井４との取り付け状態が影響していることを見出した。そこで、本発明の発明者らは、ルーフパネル２自体の特性に加えて、ループパネル２と成形天井４との取り付け状態を表す因子を用いてデント剛性を予測することに想到した。

一般的に、ルーフパネル２等の板材のデント剛性は、板材の板厚、板材の曲率および板材の面積に依存することが知られている。そこで、まず、これらのルーフパネル２自体のデント剛性を決定付ける因子について説明する。なお、図２に示すように本実施形態の車両Ｖのルーフパネル２の車両Ｖの前後方向の曲率は、ルーフパネル２の前部２Ｆと後部２Ｒとで大きく異なっている。そのため、ルーフパネル２のデント剛性も前部２Ｆと後部２Ｒとで大きく異なっている。そこで、本実施形態ではルーフパネルを前部２Ｆと後部２Ｒとに分割し、それぞれのデント剛性を予測する構成としている。

〔曲率〕
一般的に、車両Ｖのルーフパネル２の曲率は、車両Ｖの前後方向（以下、縦方向と称する）と車両Ｖの左右方向（以下、横方向と称する）とで異なっている。そのため、ルーフパネル２の曲率として、縦方向の曲率（以下、縦方向曲率と称する）と横方向の曲率（横方向曲率）とを用いる。

図２および図３は、本実施形態におけるルーフパネル２の曲率の求め方を示す図である。図２に示すように、本実施形態の車両Ｖを側面方向から見ると、ルーフパネル２の曲率が大きく変化する位置が存在する。本実施形態では、その位置を境としてルーフパネル２を前部２Ｆと後部２Ｒとに分割している。また、ルーフパネル２の前部２Ｆ内または後部２Ｒ内においても、曲率は一定ではない。そのため、本実施形態では、ルーフパネル２の前部２Ｆおよび後部２Ｒ内に縦方向および横方向の計測線を設定し、その計測線を所定数に等分する点を曲率の計測点として設定し、各々の計測点における曲率の平均値を前部２Ｆおよび後部２Ｒの曲率としている。

このときの計測線および計測点を設定する例を図２および図３に示している。図２および図３に示すように、ルーフパネル２に沿って、縦方向の計測線Ｌ１が設定されており、前部２Ｆ内に横方向の計測線Ｌ２および後部２Ｒ内に横方向の計測線Ｌ３が設定されている。なお、本実施形態では、計測線Ｌ１はルーフパネル２の横方向中央位置に設定しており、計測線Ｌ２および計測線Ｌ３はそれぞれ前部２Ｆおよび後部２Ｒの縦方向の中央位置に設定しているがこれに限定されるものではない。例えば、計測線Ｌ２や計測線Ｌ３は縦方向曲率が最大または最小となる位置に設定する等しても構わない。

さらに、計測線Ｌ１のうち前部２Ｆに含まれる線分を所定数（本実施例では４）に等分する等分点が計測点ＰＶＦ１からＰＶＦ５として設定されている。同様に、計測線Ｌ１のうち後部２Ｒに含まれる線分を４等分する等分点が計測点ＰＶＲ１からＰＶＲ５として設定されている。一方、計測線Ｌ２および計測線Ｌ３をそれぞれ４等分する点をそれぞれ計測点ＰＨＦ１からＰＨＦ５およびＰＨＲ１からＰＨＲ５として設定している。なお、本実施形態では、各計測線の等分数を４としたが、等分数は適宜変更可能である。また、計測線Ｌ１の等分数と計測線Ｌ２または計測線Ｌ３の等分数とを異ならせても構わない。

このようにして設定された計測点ＰＶＦ１〜ＰＶＦ５，ＰＶＲ１〜ＰＶＲ５，ＰＨＦ１〜ＰＨＦ５およびＰＨＲ１〜ＰＨＲ５において、曲率を求める。具体的には、計測線Ｌ１上の計測点においては縦方向曲率、計測線Ｌ２および計測線Ｌ３上の計測点においては横方向曲率が求められる。すなわち、計測点ＰＶＦ１からＰＶＦ５における縦方向曲率ρＶＦ１からρＶＦ５、計測点ＰＶＲ１からＰＶＲ５における縦方向曲率ρＶＲ１からρＶＲ５が求められる。また、計測点ＰＨＦ１からＰＨＦ５における横方向曲率ρＨＲ１からρＨＲ５、計測点ＰＨＲ１からＰＨＲ５における横方向曲率ρＨＲ１からρＨＲ５が求められる。なお、各測定点における縦方向曲率および横方向曲率は、ＣＡＤ図面等の設計図面から容易に求めることができる。

その後、縦方向曲率ρＶＦ１からρＶＦ５の平均値を前部２Ｆの縦方向曲率ρＶＦ、縦方向曲率ρＶＲ１からρＶＲ５の平均値を後部２Ｒの縦方向曲率ρＶＲ、横方向曲率ρＨＦ１からρＨＦ５の平均値を前部２Ｆの横方向曲率ρＦＨ、横方向曲率ρＨＲ１からρＨＲ５の平均値を後部２Ｒの横方向曲率ρＨＲとして求める。

〔面積〕
上述したように、本実施形態ではルーフパネル２を前部２Ｆと後部２Ｒとに分割している。そのため、ルーフパネル２の面積も前部２Ｆの面積と後部２Ｒの面積とを用いる。図４は、面積の求め方を模式的に表した図である。図に示すように、本実施形態では、ルーフパネル２の前部２Ｆおよび後部２Ｒの実際の面積を求めるのではなく、ルーフパネル２の前部２Ｆおよび後部２Ｒの上方に仮想面ＳＦおよびＳＲを設定し、前部２Ｆを仮想面ＳＦに投影した際の仮想面ＳＦ上の面積を前部２Ｆの面積ＡＦ、後部２Ｒを仮想面ＳＲに投影した際の仮想面ＳＲ上の面積を後部２Ｒの面積ＡＲとしている。このように、前部２Ｆおよび後部２Ｒの面積を求めることにより、ＣＡＤ図面等の図面から前部２Ｆおよび後部２Ｒの面積を容易に求めることができる。当然ながら、面積ＡＦおよびＡＲとして、前部２Ｆおよび後部２Ｒの実際の面積を用いても構わない。

〔板厚〕
ルーフパネル２の板厚は設計図面や仕様書等から容易に得ることができるため、説明は省略する。

次に、ループパネル２と成形天井４との取り付け状態を表す因子を説明する。本実施形態では、ルーフパネル２と成形天井４とは接着剤により接着されているため、このような因子として、ルーフパネル２と成形天井４との接着面積および接着時のルーフパネル２と成形天井４との隙間寸法とを用いている。

〔接着面積〕
ルーフパネル２と成形天井４とは、成形天井４が脱落等しないよう確実に取り付ける必要がある。一般的には、ルーフパネル２と成形天井４との接着面積を大きくすれば、接着力が高まる。しかしながら、接着面積を大きくすると、車両Ｖの重量やコストの増大を招くため、要求される接着力と車両Ｖの重量やコストの増加とのバランスにより接着面積が決定される。すなわち、接着面積は仕様により決定されているものである。したがって、設計段階の仕様書等から接着面積を求めることができる。

本実施形態では、図５に示すように、接着剤を成形天井４に線状に塗布している。そのため、接着面積は、塗布する接着剤の塗布本数Ｎ，接着剤の塗布長さＬおよび接着剤の太さφの積により近似することができる。なお、本実施形態では、ルーフパネル２と同様に成形天井４も前部４Ｆと後部４Ｒとに分割し、前部４Ｆの接着面積をＧＦ、後部４Ｆの接着面積をＧＲとしている。

〔隙間寸法〕
上述したように、ルーフパネル２と成形天井４とを接着する接着剤は成形天井４の全面に塗布されていないため、部分的にルーフパネル２と成形天井４との間に隙間が生じている。ルーフパネル２と成形天井４との間に隙間が生じている箇所では、ルーフパネル２に加えられた荷重は成形天井４により支えられないため、ルーフパネル２と成形天井４とが接着されている箇所に比べてデント剛性が低くなっている。なお、本発明の発明者らの実験により、ルーフパネル２と成形天井４との隙間が大きいほど、デント剛性の低下度合が大きくなっていることが判明している。

そのため、本実施形態では、デント剛性を予測するための因子としてルーフパネル２と成形天井４との隙間の寸法（以下、隙間寸法と称する）を用いている。なお、ルーフパネル２と成形天井４との隙間寸法は一様でないため、本実施形態では隙間寸法の最大値をデント剛性を予測するための因子として用いている。また、本実施形態では、上述したようにルーフパネル２を前部２Ｆと後部２Ｒとに分割しているため、隙間寸法もルーフパネル２の前部２Ｆと成形天井４の前部４Ｆとの隙間寸法ＤＦとルーフパネル２の後部２Ｒと成形天井４の後部４Ｒとの隙間寸法ＤＲとを用いている。

このように、隙間寸法の最大値を用いた場合には、最もデント剛性が低い箇所のデント剛性を予測することができる。その予測値が仕様を満たすように設計を行えば、ルーフパネル２のデント剛性は仕様を満たすこととできるため、好ましい。なお、隙間寸法の最大値だけでなく、隙間寸法の平均値や他の統計値を用いても構わない。

なお、この隙間寸法は、図面、接着の仕様、経験則から容易に求めることができる。

〔デント剛性予測〕
上述したように、本実施形態では、ルーフパネル２のデント剛性を予測するための因子として、ルーフパネル２自体のデント剛性を決定する因子としてのルーフパネル２の板厚，曲率（縦曲率，横曲率），面積、および、成形天井４の影響を受ける因子としての接着面積，隙間寸法を用いている。本発明は、これらの値を所定の関係式に代入してデント剛性を予測するものであるが、本実施形態では、所定の関係式として、多変量解析により求められた関係式を用いる。

したがって、複数台の実車から上記の因子を測定し、多変量解析により説明変数の係数を求めることにより、所定の関係式を求めることができる。具体的には、Ｍ台の実車を用意し、ｉ（ｉ＝１，２・・・Ｍ）番目の車両Ｖｉのルーフパネル２の板厚Ｌｉ，ルーフパネル２の前部２Ｆおよび後部２Ｒの縦曲率ρＶＦｉ，ρＶＲｉ，横曲率ρＨＦｉ，ρＨＲｉ、面積ＡＦｉ，ＡＲｉ，ルーフパネル２の前部２Ｆにおけるルーフパネル２と成形天井４との接着面積ＧＦｉ，ルーフパネル２の後部２Ｒにおけるルーフパネル２と成形天井４との接着面積ＧＲｉ，ルーフパネル２の前部２Ｆにおけるルーフパネル２と成形天井４との隙間寸法ＤＦｉ，ルーフパネル２の後部２Ｒにおけるルーフパネル２と成形天井４との隙間寸法ＤＲｉおよび、ルーフパネル２の前部２Ｆのデント剛性としての許容積雪量ＨＦｉ，ルーフパネル２の後部２Ｒのデント剛性としての許容積雪量ＨＲｉを求める。これにより、ルーフパネル２の前部２Ｆの許容積雪量と後部２Ｆの許容積雪量を表す以下の関係式がそれぞれＭ組求められる。
ａ１×Ｌｉ＋ａ２×ρＶＦｉ＋ａ３×ＨＦｉ＋ａ４×ＡＦｉ＋ａ５×ＧＦｉ＋ａ６×ＤＦｉ＝ＨＦｉ・・・（１）
ｂ１×Ｌｉ＋ｂ２×ρＶＲｉ＋ｂ３×ＨＲｉ＋ｂ４×ＡＲｉ＋ｂ５×ＧＲｉ＋ｂ６×ＤＲｉ＝ＨＲｉ・・・（２）

このようにして求められたＭ組の関係式から多変量解析により係数ａ１からａ６およびｂ１からｂ６を求める。

次に、設計段階の車両Ｖのデント剛性としての許容積雪量を予測する際には、車両ＶのＣＡＤ図面や仕様書等から、ルーフパネル２の板厚Ｌ，ルーフパネル２の前部２Ｆおよび後部２Ｒの縦曲率ρＶＦ，ρＶＲ，横曲率ρＨＦ，ρＨＲ、面積ＡＦ，ＡＲ，ルーフパネル２の前部２Ｆにおけるルーフパネル２と成形天井４との接着面積ＧＦ，ルーフパネル２の後部２Ｒにおけるルーフパネル２と成形天井４との接着面積ＧＲ，ルーフパネル２の前部２Ｆにおけるルーフパネル２と成形天井４との隙間寸法ＤＦ，ルーフパネル２の後部２Ｒにおけるルーフパネル２と成形天井４との隙間寸法ＤＲを求める。これらの値を式（１）および（２）に代入すると、
ａ１×Ｌ＋ａ２×ρＶＦ＋ａ３×ＨＦ＋ａ４×ＡＦ＋ａ５×ＧＦ＋ａ６×ＤＦ＝ＨＦ
ｂ１×Ｌ＋ｂ２×ρＶＲ＋ｂ３×ＨＲ＋ｂ４×ＡＲ＋ｂ５×ＧＲ＋ｂ６×ＤＲ＝ＨＲ
となり、ここで得られたＨＦおよびＨＲが車両Ｖのルーフパネル２の前部２Ｆおよび後部２Ｒの許容積雪量となる。

なお、本実施形態では、ルーフパネル２への積雪に対するデント剛性を予測したため、実験者等が荷重を直感的に把握し易くなるよう、デント剛性として積雪量を用いたが、他の荷重に対するデント剛性を予測する際には、荷重に応じた量をデント剛性としても用いてもよいし、荷重そのものをデント剛性としても構わない。

このようにして算出されたデント剛性が仕様を満たさない場合には、設計にフィードバックされる。設計の変更が行われた場合には、上述と同様に再度デント剛性の予測が行われる。これにより、設計段階においてデント剛性を予測することができるため、設計された車両Ｖのデント剛性が不足していた場合でも、設計変更から再度のデント剛性の予測までの期間を短縮することができる。また、試作車を製造することなくデント剛性を予測することができるため、コストの増加を抑制することができる。

〔別実施形態〕
上述の実施形態では、ルーフパネル２と成形天井４とは接着剤により接着されており、ルーフパネル２と成形天井４との取り付け状態を表す因子として接着面積とルーフパネル２と成形天井４との隙間寸法を用いたが、取り付け状態を表す因子として他の値を用いても構わない。特に、ルーフパネル２と成形天井４とが他の方法により結合されているような場合には、その結合状態を的確に表す値を取り付け状態を表す因子とすることが望ましい。

本発明は、成形天井が取り付けられた車両のルーフパネルのデント剛性の予測に用いることができる。

Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３：計測線
ＰＶＦ１〜ＰＶＦ５：計測点
ＰＶＲ１〜ＰＶＲ５：計測点
ＰＨＦ１〜ＰＨＦ５：計測点
ＰＨＲ１〜ＰＨＲ５：計測点
ρＶＦ１〜ρＶＦ５：縦方向曲率
ρＶＲ１〜ρＶＲ５：縦方向曲率
ρＨＦ１〜ρＨＦ５：横方向曲率
ρＨＲ１〜ρＨＲ５：横方向曲率
ρＶＦ、ρＶＲ：縦方向曲率
ρＨＦ、ρＨＲ：横方向曲率
ＳＦ、ＳＲ：仮想面
ＡＦ、ＡＲ：面積
Ｖ：車両
１：ルーフ
２：ルーフパネル
２Ｆ：前部
２Ｒ：後部
４：成形天井

Claims (2)

1. 成形天井が取り付けられた車両のルーフパネルに対して略一様な荷重を加えた際の当該ルーフパネルの耐荷重量としてのデント剛性を予測するデント剛性予測方法であって、
   前記成形天井が取り付けられていない状態における前記ルーフパネルのデント剛性を決定付ける因子と前記成形天井と前記ルーフパネルとの取り付け状態を表す因子とに基づき、所定の関係式により前記成形天井が取り付けられた前記ルーフパネルのデント剛性を予測するデント剛性予測方法。
2. 前記成形天井と前記ルーフパネルとは接着により取り付けられており、
   前記成形天井が取り付けられていない前記ルーフパネルのデント剛性を決定付ける因子は、前記ルーフパネルの板厚と、前記ルーフパネルの面積と、前記ルーフパネルの曲率と、であり、
   前記成形天井と前記ルーフパネルとの取り付け状態を表す因子は、当該成形天井と当該ルーフパネルとの接着面積と、当該成形天井と当該ルーフパネルとの間の隙間寸法である請求項１記載のデント剛性予測方法。

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