JP6685826B2

JP6685826B2 - トランクリッド用トーションバーの設計方法をプロセッサに実行させるプログラム及びトランクリッド用のトーションバーの設計装置

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Publication number: JP6685826B2
Application number: JP2016093206A
Authority: JP
Inventors: 義夫小林; 真一西沢; 伸寿安田
Original assignee: NHK Spring Co Ltd
Current assignee: NHK Spring Co Ltd
Priority date: 2016-03-30
Filing date: 2016-05-06
Publication date: 2020-04-22
Anticipated expiration: 2036-05-06
Also published as: JP2017182760A; US20170286591A1; US10229242B2

Description

実施の形態は、トランクリッド用トーションバーの設計方法をプロセッサに実行させるプログラム及びトランクリッド用のトーションバーの設計装置に係り、特に、トランクリッドを開閉するに際してトランクの保持に利用されるトーションバーの設計方法をプロセッサに実行させるプログラム及びトランクリッド用のトーションバーの設計装置に関する。

トランクを備える車輌、例えば、セダンタイプの車輌は、トランクを確保した車体のボディパネルにトラックリッドが開閉可能に取り付けられている。トランクリッドは、ダンパータイプ或いはトーションバータイプの保持機構で支えられ、この保持機構がトランクリッドを開閉するに際して、トランクリッドを上昇させることを補助し、また、開いたままに保持している。

トーションバータイプの保持機構は、一対のトーションバーで構成され、一対のトーションバーの固定端は、夫々ボディパネルに設けられた左右のヒンジベースに取り付け固定され、その可動端は、夫々ボディパネルに回動可能に設けられた右ヒンジアーム及び左ヒンジアームに結合されている。

この一対のトーションバーは、車体のボディパネル内に、互いの干渉を避ける為に非対称に配置されている。トーションバーは、トランクリッドのフルストロークにおいて、捻られて応力（復元力）を保持したままヒンジベース及びヒンジアーム間に架設され、互いに干渉しないようにある間隔を空けて互いに交差されている。トランクリッドが開かれる際には、捻られたトーションバーからの復元力がヒンジに伝達され、トランクリッドの上昇を補助している。

このようなトーションバーは、特定トルクで目標のクローズ（閉じた）形状となるように設計される。トランクリッドトーションバー（ＴＬＴＢ）供給者（サプライヤー）は、車の製造業者から与えられるクローズ（閉じた）トランク位置での折り曲げ点及びトルクを仕様として得て取り付け前のフリー形状のトーションバーを設計している。

従来では、トーションバーは、簡単な静力学で得られる復元力を基にしてクローズ（閉じた）トランク位置での形状を基に、幾何学的にフリー形状のトーションバーを設計している。より具体的には、トランクリッドのヒンジ軸の回りに与えられた折り曲げ点を回転させてクローズ（閉じた）トランク位置でのトーションバーの形状から、静力学的且つ幾何学的にトーションバーのフリー形状（無負荷形状）が決定されている。従来の設計方法では、殆どの場合、クローズ位置における変形されたトランクリッドトーションバー（ＴＬＴＢ）形状は、車の製造業者によって指定された特定の形状とは異なり、しばしば、周囲の部品に接触する問題を引き起こしている。従って、試作品の納入後、何度もトーションバーの設計をし直している。

従来の設計方法では、トランクリッドトーションバー（ＴＬＴＢ）は、トーションバーの数式に基づいて静的にデザインされ、的確なトルク及びトーションばね定数を見出すことができるが、車の製造業者によって指定されたクローズ形状を実現するフリー形状を精度良く特定することができないとされている。また、従来の設計方法では、設計段階で、トーションバーの変位に伴う全ストロークに亘っての干渉を評価することができないため、トライアンドエラーの試作が必要となる。

特許第５３９３６９２号公報米国特許第８２１４１８４号明細書

本出願の発明者らは、上述した特許文献１及び特許文献２（特許文献１の対応米国特許）において、コイルスプリングの設計手法のアルゴリズムを提案している。このコイルスプリングの設計手法は、有限要素法を基にしたリバースエンジニアリング手法を利用し、サスペンション（懸架）コイルスプリングに関して所望の変形形状からフリー形状を決定している。このようなコイルスプリングの設計手法と同様に、トランクリッドトーションバー（ＴＬＴＢ）の設計も同様にリバースエンジニアリング手法を利用する設計方法の提案が要望されている。

この発明は、改良されたトランクリッド用トーションバーの設計方法を提供することにある。

この発明によれば、トランクリッドがクローズした状態で目標クローズ（閉じた）形状が与えられ、トランクリッドから外されたフリーの状態でフリー形状を求めるトランクリッド用のトーションバーの設計方法であって、
(a) 前記目標クローズ形状における前記トーションバーに生ずる目標トルク、前記目標クローズ形状からオープン形状に至るまでの前記トーションバーの可動端が回転する回転角、ノードの座標で指定される前記目標クローズ形状及び前記トーションバーの線径を含む設計仕様を入力するステップと、
(b) 前記ノードの座標で前記目標クローズ形状を有する中心線モデルを生成するステップと、
(c) 前記目標クローズ形状に対応する前記フリー形状を静力学的及び幾何学的に生成するステップであって、このフリー形状のノードで前記フリー形状の中心線モデルを生成するステップと、
(d) 前記フリー形状の中心線モデルを基に前記オープン形状の中心線モデルを生成し、このオープン形状の中心線モデルを前記回転角だけ回転させて解析クローズ形状の中心線モデルを生成するステップと、
(e) 前記解析クローズ形状における解析トルクと目標トルクとから差トルクを求めるステップと、
(f) 前記解析クローズ形状の中心線モデルと前記目標クローズ形状の中心線モデルとを比較して互いに対応する前記中心線上の点に生ずる差ベクトルを求めるステップと、
(g) 前記差トルクと前記差ベクトルの大きさが両方とも指定公差内に収まっていなければ、前記差トルク及び前記差ベクトルの大きさを減少させるように、前記フリー形状の中心線モデルを変更して（d）に戻り、或いは、前記差トルクと前記差ベクトルの大きさが両方とも指定公差内に収まっていれば、設計を終了するステップと、
を具備しているトーションバーの設計方法をプロセッサに実行させるプログラムが提供される。
また、この発明によれば、トランクリッド用のトーションバーの設計方法であって、トランクリッドがクローズした状態で目標クローズ形状が与えられ、トランクリッドから外されたフリーの状態でフリー形状を求める前記トーションバーの設計方法であって、
(a) 前記目標クローズ形状における前記トーションバーに生ずる目標トルク、前記目標クローズ形状から前記オープン形状に至るまでの前記トーションバーの可動端が回転する回転角、折り曲げ点位置の座標で定まる前記目標クローズ形状及び前記トーションバーの線径を含む設計仕様を入力するステップと、
(b) 前記折り曲げ点位置の座標に基づいて前記目標クローズ形状を有する中心線モデルを生成するステップと、
(c) 前記目標クローズ形状に対応するフリー形状を静力学的及び幾何学的に生成するステップであって、このフリー形状で特定される折り曲げ点位置で前記フリー形状の中心線モデルを生成するステップと、
(d) 前記フリー形状の中心線モデルを基にオープン形状の中心線モデルを生成し、このオープン形状の中心線モデルを前記回転角だけ回転させて解析クローズ形状の中心線モデルを生成するステップと、
(e) 前記解析クローズ形状における解析トルクと目標トルクとから差トルクを求めるステップと、
(f) 前記解析クローズ形状の中心線モデルと前記目標クローズ形状の中心線モデルとを比較して互いに対応する前記折り曲げ点上に生ずる差ベクトルを求めるステップと、
(g) 前記差トルクと前記差ベクトルの大きさが両方とも指定公差内に収まっていなければ、前記差トルク及び前記差ベクトルの大きさを減少させるように、前記フリー形状の中心線モデルを変更して（d）に戻り、或いは、前記差トルクと前記差ベクトルの大きさが両方とも指定公差内に収まっていれば、設計を終了するステップと、
を具備し、前記中心線上ノードのフィードバックの代わりに、曲げ点位置のみをフリー形状にフィードバックして、曲げ点間を直線化したフリー形状を生成するトーションバーの設計方法をプロセッサに実行させるプログラムが提供される。

本発明によれば、リバースエンジニアリング手法を利用するトランクリッドトーションバー（ＴＬＴＢ）の設計方法を提供することができる。

実施の形態に係る改良されたトランクリッド用トーションバーの設計方法に従って設計されたトーションバーで構成される保持機構が組み込まれたトランク内構造を概略的に示す斜視図である。図１に示されるトランクの上下を逆転してその内の構造を概略的に示す斜視図である。実施の形態に係るトランクリッド用トーションバーの設計方法を実現するＣＡＥのアルゴリズムであって、コンピュータ（図示せず）上で実行される有限要素解析（ＦＥＡ）を利用したＣＡＥのアルゴリズムを示すブロック図である。実施の形態に係るトランクリッド用トーションバーの設計方法を説明するためのヒンジ軸回りのトーションバーの中心線モデルを示す概略図である。図４に示す中心線モデルの折り曲げ点及び補間点での線径断面を示す局所座標系を概念的に示す概略図である。図４に示すトーションバーにけるトルクの調整を説明する為の概念を示す概略図である。図６Ａに示すトーションバーの可動端におけるトルク調整を拡大示す概略図である。車輌メーカーから提供される設計仕様及びこの設計仕様に基づいて静力学で求められたトーションバーの径を示すテーブルである。車輌メーカーから提供される設計仕様に含まれるクローズ形状における目標折り曲げ点の半径及び座標を示すテーブルである。実施の形態に係るトランクリッド用左トーションバーの設計方法において解析に基づき繰り返し得られる差ベクトルが収束される様子を示すグラフである。実施の形態に係るトランクリッド用右トーションバーの設計方法において解析に基づき差ベクトルが許容値内に収束される様子を示すグラフである。実施の形態に係るトランクリッド用左及び右トーションバーの設計方法で解析されて繰り返し得られるクローズ形状におけるトルクが目標トルクに収束される様子を示すグラフである。この実施の形態に従って設計されたフリー形状を有するトーションバー１８Ｒ及び従来の設計手法で設計された初期のフリー形状を有するトーションバーを概略的に比較して示す斜視図である。図３の処理で再度与えられる変更設計仕様に含まれるクローズ形状における目標折り曲げ点の座標を示すテーブルである。変形実施の形態に係るトランクリッド用トーションバーの設計方法において製造の容易性を実現する直線的なフリー形状への変更を概略的に示す斜視図である。

以下、本発明の実施の形態に係るトランクリッド用トーションバーの設計方法ついて、詳細に説明する。

図１は、実施の形態に係る改良されたトランクリッド用トーションバーの設計方法に従って設計されたトーションバーで構成される保持機構が組み込まれたトランク内構造を概略的に示している。また、図２は、図１に示されるトランクの天地を逆転してその内の構造を概略的に示している。より詳細には、図２は、車輌リア側のトランクルームの上部構造を地面の側から保持機構を眺めた斜視図として上下逆さまに描かれている。

セダンタイプの車輌では、リア側にトランクルームが設けられ、このトランクルームは、車体１０に設けたパネル１２によって車室内と区分されている。図１に示されるパネル１２には、種々の車輌部品１４、例えば、車室内に向けられているスピーカーが取り付けられている。この車輌部品１４を避けるように、保持機構１６を構成する左右のトーションバー１８Ｌ、１８Ｒが配置されている。図１に示される保持機構１６のトーションバー１８Ｌ、１８Ｒは、トランクルームを定めるカバー（図示せず）で覆われている。図１及び図２においては、カバーは、保持機構１６を露出させて明示する為に除去されている。

トランクリッド８を開閉するヒンジアーム２０Ｌ、２０Ｒの一端は、車体１０のボディパネルに固定されたヒンジベース２４Ｌ、２４Ｒに回動自在に連結されている。また、ヒンジアーム２０Ｌ、２０Ｒは、湾曲された湾曲部（グースネック部）２１Ｌ、２１Ｒから直線状部２２Ｌ、２２Ｒが直線状に延出されている。この直線状部２２Ｌ、２２Ｒには、トランクリッド８がマウントされている。図１においては、ヒンジアーム２０Ｌ、２０Ｒは、矢印２７で示されるようにヒンジ軸（図示せず）の回りに回転されてトランクリッド８が開放される。この図１及び図２においては、トランクリッド８が閉められた（クローズされた）際のトランクリッド８、ヒンジアーム２０Ｌ、２０Ｒ等が実線で示され、トランクリッドが開かれた（オープンされた）際のトランクリッド８、ヒンジアーム２０Ｌ、２０Ｒが破線で示されている。

左トーションバー１８Ｌの一端は、固定端１５Ｌとして、右ヒンジベース２４Ｒに設けた係合部（図示されない）に引っ掛け固定され、その他端は、移動端１７Ｌとして左ヒンジアーム２０Ｌの湾曲部（グースネック）２１Ｌに連結される。また、右トーションバー１８Ｒの一端は、固定端１５Ｒとして左ヒンジベース２４Ｌに引っ掛け固定され、その他端は、移動端１７Ｒとして右ヒンジアーム２０Ｒの湾曲部（グースネック）２１Ｒに連結される。これらトーションバー１８Ｒ、１８Ｌは、固定端１５Ｒ、１５Ｌ及び移動端１７Ｒ、１７Ｌ間で捻られて、車体のボディパネル内で互いに干渉することを避けるべく非対称配置で互いに交差するように配置される。

左右のトーションバー１８Ｌ、１８Ｒで構成される保持機構では、トランクリッド８が閉じている際に左右のトーションバー１８Ｌ、１８Ｒにねじり応力が与えられて反力としての復元力が与えられたままに固定される。従って、トランクリッド８が閉じている状態では、左右のトーションバー１８Ｌ、１８Ｒから、復元力が移動端側の湾曲部（グースネック）２１Ｒ，２１Ｌに印加される。

トーションバー１８Ｌ、１８Ｒから与えられる復元力は、ヒンジアーム２０Ｒ、２０Ｌ及びトランクリッド８の質量があるトランク角度において均衡されるように、意図的に設計されている。ここで、ある角度とは、トランクリッドがわずかに開いた状態であり、トランクリッド８の鍵が外された際には、トランクリッド８がわずかに開いた状態で停止させることができる。トランクリッド８が最大角で解放された際にあっても、このトーションバー１８Ｌ、１８Ｒに与えられたねじり応力で、トランクリッドに外力が与えられても、トーションバー１８の復元力で容易にトランクリッドが閉じるように回動することが阻止される。

トーションバー１８Ｌ、１８Ｒは、図２に示すように、トランクリッド８がクローズした状態で、あるクローズ形状（閉じた形状）を有している。また、トーションバー１８Ｌ、１８Ｒは、トランクリッドが最も開いた状態でオープン形状（開いた形状）を有している。更に、ヒンジアーム２０Ｌ、２０Ｒから外されて無負荷の状態で、あるフリー形状（無負荷形状）を有している。トーションバー１８Ｌ、１８Ｒは、クローズ形状に限らず、オープン形状からクローズ形状までの全ストロークにおいて車両部品１４を含む他の部品と干渉しないように設計されることが要求されている。

このようなトーションバー１８Ｌ、１８Ｒは、有限要素解析（ＦＥＡ）を利用したＣＡＥ（Computer Aided Engineering）によって設計される。図３には、コンピュータ（図示せず）のプロセッサ上でプログラムによって実行される有限要素解析（ＦＥＡ）を利用したＣＡＥのアルゴリズムが示されている。このアルゴリズムは、単に有限要素解析（ＦＥＡ）を利用するに留まらず、特許文献１及び２に開示されたコイルばねの設計方法と同様に、有限要素解析（ＦＥＡ）に基づくリバースエンジニアリング方法を利用してトーションバー１８Ｌ、１８Ｒのフリー形状が設計される。

トーションバー１８Ｌ、１８Ｒのフリー形状の設計に際しては、トーションバー１８Ｌ、１８Ｒの納入先である車輌の製造業者からトーションバー１８Ｌ、１８Ｒの設計仕様がトランクリッド８の境界条件として指定される。この仕様には、クローズ形状におけるトーションバー１８Ｌ、１８Ｒの要求トルク、トーションバー１８Ｌ、１８Ｒのトーションばね定数並びにトーションバー１８Ｌ、１８Ｒのクローズ形状が指定される。ここで、トーションバー１８Ｌ、１８Ｒのトーションばね定数は、トランクリッド８を開く際のトランクリッド８の開口速度、車輌が斜面で停止した状態や強風状態など、広範な状況においてトランクリッドを開いたままに保つ保持力等を制御するに重要な要素であり、このような観点から要求仕様として指定される。また、トーションバー１８Ｌ、１８Ｒの目標クローズ形状は、折り曲げ点（ノード）の位置を指定することで、図４に示すように、目標とするクローズ形状が目標中心線モデル３２として指定される。トーションバー１８Ｌ、１８Ｒの目標中心線モデル３２は、図４に示すように略直線状の直線部と隣接する直線部を繋ぐ曲線部とを含み、折り曲げ点（ノード）は、隣接する直線部が交差する点として定められ、この折り曲げ点の座標情報を含むトーションバーに関する折り曲げ情報を基にして中心線モデル３２の曲線部上の折り曲げ点に対応する特有の点４２ｎが特定される。

図３に示されるＣＡＥの設計では、設計が開始されると（ブロックＢ２）、ＣＡＥプロセスのプリ処理としてコンピュータに上述した設計仕様が入力される。ブロックＢ４では、

また、トーションバー１８Ｌ、１８Ｒのフリー形状における折り曲げ点（ノード）の位置が計算される（ブロックＢ８）。さらに、折り曲げ点位置間の補間点（ノード）４５ｎの位置を用いる実施形態では、特有の点４２に加えて補間点（ノード）位置４５ｎも計算されるようにしてもよい（ブロックＢ８）。このブロックＢ８では、従来の設計手法に基づく静力学によって、折り曲げ点（ノード）位置が求められ、ブロック１０で折り曲げ点の位置から中心線ノード４４ｎ、４５ｎが特定されて初期フリー形状が初期中心線モデルとして決定される。より具体的には、フリー形状を有する初期中心線モデルは、クローズ（閉じた）トランク位置での目標形状のモデル３２を基に静力学的並びに幾何学的に決定される。この形状決定に際しては、例えば、単純に目標形状モデルをヒンジ軸３６の回りに回転して初期フリー形状を決定しても良い。そして、この初期フリー形状の折り曲げ点の位置に基づいて、図４に示すように初期フリー形状の中心線モデル３４が生成される（ブロックＢ１０）。

ＣＡＥプロセスにおける解析処理では、ブロック１２においては、ブロックＢ６で入力された目標折り曲げ点の位置に基づいて、図４に示すように目標クローズ形状におけるトーションバー１８Ｌ、１８Ｒの目標中心線モデル３２が生成される。目標中心線モデル３２では、目標折り曲げ位置及び目標折り曲げ位置間に補間された点４３ｎの位置が定められる。ここで、目標中心線モデル３２の特有の点４２ｎは、初期中心線モデル３４の特有点４４ｎに対応し、目標中心線モデル３２の補間点４３ｎは、初期中心線モデル３４の補間点４５ｎに対応している。

形状調整及びブロックＢ１４のトルク調整を施したフリー形状の中心線モデル３４は、トランクリッド８のヒンジ軸３８の周りに角θだけ回転させる境界条件にてＦＥＡ計算され（ブロックＢ１６）、クローズ形状の第１中心線モデル３６が求まる。フリー形状（中心線モデル３４）からクローズ形状（第１中心線モデル３６）への変換は、フリー形状からオープン形状への変換（トランクリッドへの取り付け）に際して可動端側に角Δθだけ捻られる形状の変化及びオープン形状からクローズ形状の角θで回転されて生ずる形状変化を含んでいる。

ＦＥＡによって算出されたクローズ（閉じた）形状の中心線モデル３６は、フリー中心線モデル３４上の特有の点４４ｎ及び補間点（ノード）４５ｎに対応する特有の点４６ｎ及び解析補間点（ノード）４７ｎを有している。クローズ中心線モデル３６上の特有の点４６ｎ及び解析補間点（ノード）４７ｎは、フリー中心線モデル３４のＦＥＡ処理に基づく回転及び変形によって求められる。この第１回目のＦＥＡ処理に基づいて求められた第１のクローズ中心モデルは、目標クローズ（閉じた）形状の中心線モデル３２に一致せず、特有の点（ノード）４６ｎ及び解析補間点（ノード）４７ｎは、目標クローズ（閉じた）中心モデル３２上の特有の点４２ｎ及び補間点４３ｎに一致せず、図４に示すように、特有の点（ノード）４６ｎ及び解析補間点（ノード）４７ｎ及び特有の点（ノード）４６ｎ及び補間点（ノード）４７ｎ間に差ベクトル５２、５３が生ずる。この差ベクトル５２、５３は、求められたクローズ（閉じた）中心線モデルと目標クローズ（閉じた）中心線モデルとの相違に基づいて生じている。従って、差ベクトル５２、５３の値ΔＳが一定の許容値(ε_S)より大きければ（ブロックＢ１８）、図４に示すように矢印５６、５８で示されるように差ベクトル５２、５３が所定の向きに変換されて、フリー中心線モデル３４にフィードバックされ、修正された中心線モデル４０に変更される。即ち、中心線モデル３４は、差ベクトル５２、５３で修正されて特有の点４８ｎ及び補間点（ノード）４９ｎを有する修正された中心線モデル４０に修正される。

また、ＦＥＡの解析処理において、解析クローズ（閉じた）形状のモデルで生ずる解析トルクが求められる（ブロックＢ１６）。この解析トルクと目標トルクとの差異の値ΔＴがやはり一定の許容値(ε_Ｔ)より大きければ（ブロックＢ２０）、フリーの中心線モデル４０にフィードバックされて中心線モデル４０の形状が修正されてトルクが調整される（ブロックＢ１４）。

ブロックＢ１４からブロックＢ２０に至るフィードバックが繰り返されると差ベクトル５２、５３が減少され、また、トルクの差異の値ΔＴが減少されて設計クローズ形状が許容できる目標クローズ形状に近づけられる。ここで、差ベクトル５２、５３の大きさΔＳが一定の許容値(ε_S)内に収まり、また、トルクの差異の値ΔＴがやはり一定の許容値(ε_Ｔ)内に収まる場合には、設計クローズ形状が許容できる目標クローズ形状に近づいたとしてＣＡＥプロセスにおけるポスト処理としての干渉チェックが実施される（ブロック２２）。干渉チェックでは、ＣＡＤ上にオープン形状とクローズ形状を含む、複数トランク角度におけるトーションバー１８Ｌ、１８Ｒの解析変形形状が描かれ、全トランク角度において周りの部品と干渉していないかがチェックされる。（ブロックＢ２４）。トーションバー１８Ｌ、１８Ｒと部品との干渉が生ずる場合には、最適なフリー形状モデルを求めることができない虞がある。従って、設計者は、全ての要求を充足する物理的な解決がないとして、目標形状のモデルの変更を車両メーカーに求め、変更した目標形状に基づいてブロックＢ６からブロック２４に至る処理を再び実施することとなる。ブロックＢ２４にて、干渉が生じないことが判明した場合には、最適なフリー形状モデル４０が設計されたとして処理が終了される（ブロックＢ２６）。

図４を参照して説明した、差ベクトル５２、５３のフリー形状の中心線モデル３４へのフィードバックについて、図５を参照してより詳細に説明する。図４では、グローバル座標系における差ベクトル５２、５３のフィードバックが示されるのに対して、図５は、トーションバー８の断面における局所座標系を利用して差ベクトル５２、５３のフィードバック処理を説明する為の概念図である。局所座標系は、図５に示されるように中心線モデル上の各ノード（中心点）を中心に定められている。立体的な網目（メッシュ）モデルが作られると、各ノードの周囲には、トーションバーの線断面上における座標点（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３．．．Ｐｎ）が割り当てられる。Ｘ軸は、特有の中心ノードから表面の座標点（Ｐ１）への方向と定義されている。Ｚ軸は、常に中心線に沿って定められている。グローバル座標系における各特有の中心ノードでの形状差ベクトルは、初めに対応する変形形状の局所座標系での表現に変換される。そして、このベクトルが局所座標系におけるフリー形状の特有の中心ノードに付加されてフリー形状の中心線モデルの形状が変更される。

尚、上述した形状のフィードバックは、固定端或いは可動端のいずれにも与えられないことに注意されたい。

図５に示す局所座標系では、中心線モデル３６における中心線上の曲げ部中心点４６ｎ及び中心線上の直線部上の点４７ｎでの線径断面が示され、各点におけるトーションバー８の断面外周には、Ｘ及びＹ局所座標で指定される表面座標点（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３．．．Ｐｎ）が設けられている。解析された中心線モデル３６と目標中心線モデル３２との間には、すでに説明したようにトーションバーの回転偏差に伴う差ベクトル５２、５３が生ずる。この差ベクトル５２、５３は、グローバル座標系では、例えば、特有の点４６ｎ及び補間点４７ｎから特有の点４２ｎ及び補間点４３ｎに向かうベクトルとして与えられる。各中心点ノード４６ｎ、４７ｎにおける差ベクトル５２、５３を図５に示すクローズ形状局所座標系で表現し、フリー形状の対応する各中心点４４ｎ、４５ｎにフリー形状局所座標系で単純に加算してやればよい。フリー中心線モデル３４は、解析過程でねじり変形されて解析された中心線モデル３６に変形される。

ブロックＢ１４では、クローズ時のトルク仕様を満たすために、フリー形状の固定端１５Ｒ，１５Ｌと移動端１７Ｒ，１７Ｌの相対角度が調整される。フリー形状の中心線モデル３４では、無荷重で定められるに対して、図６Ａ及び図６Ｂに示すようにフリー形状の中心線モデル３４の可動端１７Ｌ（１７Ｒ）の側が設置軸５２の回りにΔθだけねじられてトルクが与えられてオープン形状の中心線モデル（図示せず）に変形される。ここで、設置軸５２は、ヒンジ軸３８に平行な可動端１７Ｌ（１７Ｒ）の設置基準軸として定められる。

設計サンプルの実施例
提案された設計アルゴリズムの検証に用いられた各トーションバー１８Ｌ，１８Ｒの仕様が図７の表１及び図８の表２に示されている。表１は、設計仕様として、クローズ形状におけるトーションバー１８Ｌ，１８Ｒのトルク及びヒンジ軸３８の回りの全ストローク角が与えられる。表１に示されるトーションバーの直径は、従来の設計方法に基づいて仕様から静力学によって求められる。

また、図８の表２には、設計の目標とされる目標クローズ形状を有する左右のトーションバー１８Ｌ，１８Ｒのグローバル座標系における折り曲げ点の座標（ｘ、ｙ、ｚ）が示されている。設計されるトーションバー１８Ｌ，１８Ｒには、折り曲げ点に指標（インデックス）が与えられ、この指標（インデックス）は、可動端（１７Ｌ、１７Ｒ）で始まって固定端（１５Ｌ、１５Ｒ）に昇順で与えられている。指標（インデックス）＃１〜＃３及び指標（インデックス）＃９〜＃１４は、夫々保持固定具に接続された可動端（１７Ｌ、１７Ｒ）及び固定端を示している。図４を参照して説明したフリー形状へのフィードバックは、これらの可動端（１７Ｌ、１７Ｒ）及び固定端（１５Ｌ、１５Ｒ）には適用されず、可動端（１７Ｌ、１７Ｒ）及び固定端（１５Ｌ、１５Ｒ）間の指標（インデックス）＃４〜＃８で示される折り曲げ点から計算される中心線上の点４４ｎに適用される。

図９及び図１０には、実施の形態に係るトランクリッド用左及び右トーションバーの設計方法で、解析に基づき繰り返し得られる差ベクトルが許容値内に収束される様子を示している。図９及び図１０の縦軸は、差ベクトルの大きさを示し、横軸は、クローズ形状モデルの中心線に沿った位置をノード番号で示している。差ベクトルのフィードバックは、解析ループIte.1〜Ite.9（Iteration 1〜Iteration 9）で示されるように９回に亘って繰り返しフリー形状にフィードバックされている。図９及び図１０に示される実施例では、全９回のフィードバックで差ベクトルが許容値、例えば、０．５ｍｍ内に収束されている。

図１１は、実施の形態に係るトランクリッド用左及び右トーションバーの設計方法で解析されて繰り返し得られる左及び右トーションバーのクローズ形状で生ずるトルクが目標トルクに収束される様子を示している。図１１において、縦軸は、繰り返し設計されるクローズ形状のトルクであり、横軸は、クローズ形状モデルの中心線に沿った位置をノード番号で示している。図１１に示されるように、繰り返しのフィードバックで解析トルクを目標トルクに近づけることができることを理解することができる。

以上のように、この実施の形態によれば、目標クローズ形状を取ることができるフリー形状を設計することができる。

図１２には、１実施例として、実線で、この実施の形態に従って設計されたフリー形状を有するトーションバー１８Ｒ及び破線で、従来の設計手法で設計された初期のフリー形状を有する右のトーションバー１８Ｒが比較して示されている。この両者間には、例えば、最大で５３．９mmもの差異が生じているが、既に述べたように解析されたクローズ形状と目標クローズ形状との差ベクトルを繰り返しフリー形状にフィードバックすることによって、解析されたクローズ形状を目標クローズ形状に略一致させることができるフリー形状を設計することができる。

目標クローズ形状の変更
実施例では、図９から図１１に示されるように繰り返しのフィードバックで９回目の解析ループIte.9における解析クローズ形状が目標クローズに略一致させることができた。しかし、ブロックＢ２４を参照して説明したように、トーションバー１８Ｌ、１８Ｒの全ストロークに亘る干渉チェックで部品との干渉が生ずる場合には、図１３のテーブルに示すように目標とするクローズ形状が変更される。

図１３に示すテーブルでは、図８に示すテーブル２に可動端（１７Ｌ、１７Ｒ）及び固定端（１５Ｌ、１５Ｒ）間に新たに折り曲げ点４８ｎを加えて、指標（インデックス）＃４〜＃８に代えて新たな指標（インデックス）＃４〜＃９を設定している。新たな指標（インデックス）＃４〜＃９の座標に従って、新たな目標とするクローズ形状が定められる。この新たなクローズ形状を基にして再度ブロックＢ６からブロック２４に至る処理を再び実施し、最適なフリー形状モデル４０が設計される。目標クローズ形状の変更では、新たな折り曲げ点を追加せずに、既存の折り曲げ点座標を変更して新しい目標クローズ形状を定めても良い。

製造を考慮したフリー形状の設計
この実施の形態に係る方法によって設計されたフリー形状は、図１２及び図１４に示されるように、折り曲げ点４８ｎの間で湾曲されるように設計される傾向がある。一般的な汎用曲げ機タイプの製造装置（図示せず）では、直線的なワイヤから製造されるトーションバー１８Ｌ，１８Ｒに設計通りの湾曲したフリー形状の形態を与えることが難しい場合がある。すなわち、この一般的な汎用曲げ機タイプの製造装置は、曲げピンに直線的なワイヤが係止されて折り曲げられ、設計されたフリー形状のトーションバー１８Ｌ，１８Ｒを製造する。従って、図１４に示すように、折り曲げ点４８ｎの間に湾曲が与えられているフリー形状のトーションバー１８Ｌ，１８Ｒを製造することが難しい。

従って、この実施の形態の方法では、製造を考慮して、解析クローズ形状から折り曲げ点を抽出し、その折り曲げ点と目標クローズ形状の折り曲げ点との差ベクトルのみを、フリー形状へ反映させる。前述した中心線上の全ノード位置における差ベクトルのフィードバックを行わないため、生成されたフリー形状の曲げ点間は常に直線となる。

クリップで締結されたトーションバー
２つのトランクリッドトーションバーがその中心点の近くで互いに接触することから、こすれ合うノイズ或いは接触ノイズが生ずる。このような事態を避けるべく、しばしば、トランクリッドトーションバーは、交差点で互いにクリップ（図示せず）され、或いは、車輌構造に固定される。クリップで固定されたトーションバー１８Ｌ、１８Ｒの設計アルゴリズムでは、フリー形状の中心線モデルを作成するに際してクリップ締結箇所が特定され、図３に示すブロックＢ１０からブロックＢ１６の過程で、このフリー形状の中心線モデルが制約を受けて回転されることを前提として解析される。また、図３に示すブロックＢ２４における両トーションバー１８Ｌ、１８Ｒの移動がクリップで締結されていることを前提とした全ストロークに亘って回りの部品との干渉していないかがチェックされる。

以上のように、仕様を満足する目標クローズ形状に変形されるフリー形状を有するトーションバーを簡便な方法によって設計することができるトランクリッド用トーションバーの設計方法を提供することができる。

８…トランクリッド、１０…車体、１２…パネル、１４…車輌部品、１５Ｒ、１５Ｌ…固定端、１６…保持機構、１８Ｌ、１８Ｒ…トーションバー、２０Ｌ、２０Ｒ…ヒンジアーム、２４Ｌ、２４Ｒ…ヒンジベース、２１Ｌ、２１Ｒ…湾曲部（グースネック部）、２２Ｌ、２２Ｒ…直線状部、２４Ｌ…左ヒンジベース、
２７、５６、５８…矢印、３２、３４、４０…中心線モデル、４２ｎ、４３ｎ、４４ｎ、４５ｎ、４６ｎ、４７ｎ、４９ｎ…ノード（点）、４８ｎ…折り曲げ点、５２、５３…差ベクトル、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３．．．Ｐｎ…表面座標点

Claims

トランクリッドがクローズした状態で目標クローズ形状が与えられ、トランクリッドから外されたフリーの状態でフリー形状を求めるトランクリッド用のトーションバーの設計方法であって、
(a) 前記目標クローズ形状における前記トーションバーに生ずる目標トルク、前記目標クローズ形状からオープン形状に至るまでの前記トーションバーの可動端が回転する回転角、ノードの座標で指定される前記目標クローズ形状及び前記トーションバーの線径を含む設計仕様を入力するステップと、
(b) 前記ノードの座標で前記目標クローズ形状を有する中心線モデルを生成するステップと、
(c) 前記目標クローズ形状に対応する前記フリー形状を静力学的及び幾何学的に生成するステップであって、このフリー形状のノードで前記フリー形状の中心線モデルを生成するステップと、
(d) 前記フリー形状の中心線モデルを基に前記オープン形状の中心線モデルを生成し、このオープン形状の中心線モデルを前記回転角だけ回転させて解析クローズ形状の中心線モデルを生成するステップと、
(e) 前記解析クローズ形状における解析トルクと目標トルクとから差トルクを求めるステップと、
(f) 前記解析クローズ形状の中心線モデルと前記目標クローズ形状の中心線モデルとを比較して互いに対応する前記中心線上の点に生ずる差ベクトルを求めるステップと、
(g) 前記差トルクと前記差ベクトルの大きさが両方とも指定公差内に収まっていなければ、前記差トルク及び前記差ベクトルの大きさを減少させるように、前記フリー形状の中心線モデルを変更して（d）に戻り、或いは、前記差トルクと前記差ベクトルの大きさが両方とも指定公差内に収まっていれば、設計を終了するステップと、
を具備しているトーションバーの設計方法をプロセッサに実行させるプログラム。
クローズ時のトルクが仕様に近づくように、前記フリー形状の中心線モデルの可動端側をある角Δθだけ回転して前記オープン形状の中心線モデルを生成するステップと、
前記オープン形状の中心線モデルを回転して前記解析クローズ形状の中心線モデルへ変換する解析を実行するステップと、
を含む請求項１のトーションバーの設計方法をプロセッサに実行させるプログラム。
前記中心線モデルは、折り曲げ点から計算されて生成されたものであり、曲げ部と直線部の両方にノードを有し、
前記(f)の差ベクトルを求めるステップは、互いに対応する中心点に生ずる差ベクトルを求めるステップを含み、
前記(g)の解析クローズ形状の中心線モデルを生成するステップは、前記中心線上の点に生ずる差ベクトルも減少させるように前記初期フリー形状の中心線モデルの形状を変更して再び回転させて生ずる改変された解析クローズ形状の中心線モデルを生成するステップを含む
請求項１のトーションバーの設計方法をプロセッサに実行させるプログラム。
前記設計を終了するステップ後の前記クローズ形状の中心線モデルを最終モデルに定め、この最終モデルに対応する前記フリー形状の中心線モデルを前記設計されたトーションバーに定める請求項１のトーションバーの設計方法をプロセッサに実行させるプログラム。
前記クローズ形状の中心線最終モデルで前記トランクリッドの開閉に伴う当該中心線最終モデルのオープンからクローズまでの全ストロークの軌跡をシュミュレートし、他の車輌部品との干渉をチェックするステップ、
を更に具備する請求項４のトーションバーの設計方法をプロセッサに実行させるプログラム。
前記クローズ形状の中心線最終モデルが前記他の車輌部品との干渉することに基づいて前記折り曲げ点位置の座標で指定される前記目標クローズ形状を変更するステップと、
を更に具備し、
この変更された目標クローズ形状を基にして前記(b)の前記中心線モデルを生成するステップから前記(f)の前記繰り返すステップを実行する請求項５のトーションバーの設計方法をプロセッサに実行させるプログラム。
前記目標クローズ形状を変更するステップは、前記目標クローズ形状に折り曲げ点を追加或いは減少させる変更を含む請求項６のトーションバーの設計方法をプロセッサに実行させるプログラム。
前記トランクリッド用のトーションバーの設計方法において、一対のトーションバーの中心線最終モデルで、前記トランクリッドの開閉に伴う当該中心線最終モデルの回動ストロークの軌跡をシュミュレートし、他の車輌部品との干渉をチェックするステップと、
を具備する請求項１のトーションバーの設計方法をプロセッサに実行させるプログラム。
前記一対のトーションバーの中心線最終モデルは、前記一対のトーションバーが夫々固定されていることを前提として、前記トランクリッドの開閉に伴う当該中心線最終モデルの回動ストロークの軌跡をシュミュレートされる請求項８のトーションバーの設計方法をプロセッサに実行させるプログラム。
トランクリッド用のトーションバーの設計方法であって、トランクリッドがクローズした状態で目標クローズ形状が与えられ、トランクリッドから外されたフリーの状態でフリー形状を求める前記トーションバーの設計方法であって、
(a) 前記目標クローズ形状における前記トーションバーに生ずる目標トルク、前記目標クローズ形状から前記オープン形状に至るまでの前記トーションバーの可動端が回転する回転角、折り曲げ点位置の座標で定まる前記目標クローズ形状及び前記トーションバーの線径を含む設計仕様を入力するステップと、
(b) 前記折り曲げ点位置の座標に基づいて前記目標クローズ形状を有する中心線モデルを生成するステップと、
(c) 前記目標クローズ形状に対応するフリー形状を静力学的及び幾何学的に生成するステップであって、このフリー形状で特定される折り曲げ点位置で前記フリー形状の中心線モデルを生成するステップと、
(d) 前記フリー形状の中心線モデルを基にオープン形状の中心線モデルを生成し、このオープン形状の中心線モデルを前記回転角だけ回転させて解析クローズ形状の中心線モデルを生成するステップと、
(e) 前記解析クローズ形状における解析トルクと目標トルクとから差トルクを求めるステップと、
(f) 前記解析クローズ形状の中心線モデルと前記目標クローズ形状の中心線モデルとを比較して互いに対応する前記折り曲げ点上に生ずる差ベクトルを求めるステップと、
(g) 前記差トルクと前記差ベクトルの大きさが両方とも指定公差内に収まっていなければ、前記差トルク及び前記差ベクトルの大きさを減少させるように、前記フリー形状の中心線モデルを変更して（d）に戻り、或いは、前記差トルクと前記差ベクトルの大きさが両方とも指定公差内に収まっていれば、設計を終了するステップと、
を具備し、前記中心線上ノードのフィードバックの代わりに、曲げ点位置のみをフリー形状にフィードバックして、曲げ点間を直線化したフリー形状を生成するトーションバーの設計方法をプロセッサに実行させるプログラム。
トランクリッド用のトーションバーの設計装置であって、当該装置は、前記プログラムを実行して前記請求項１〜１０のいずれか一つの方法を実施する前記プロセッサを含むトランクリッド用のトーションバーの設計装置。