JP6769536B1 - 自動車のパネル部品の振動騒音低減解析方法及び解析装置 - Google Patents

自動車のパネル部品の振動騒音低減解析方法及び解析装置 Download PDF

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Abstract

【課題】自動車のパネル部品の振動騒音を低減する自動車のパネル部品の振動騒音低減解析方法及び解析装置を提供する。【解決手段】本発明に係る自動車のパネル部品の振動騒音低減解析方法は、振動騒音低減対象パネル部品モデルと振動伝達骨格部品モデルを備えるとともに起振源が設定された車体メッシュモデルを取得し（Ｓ１）、振動騒音低減対象パネル部品モデルの特定周波数帯を選定し（Ｓ３）、振動騒音低減対象パネル部品モデルの振動騒音への寄与の大きい振動伝達骨格部品モデルを特定し（Ｓ５）、特定した振動伝達骨格部品モデルのメッシュごとの板厚を最適化し（Ｓ７）、メッシュごとの最適化した板厚に基づいて特定した振動伝達骨格部品モデルに区分領域を設定し（Ｓ９）、区分領域ごとの板厚を最適化し（Ｓ１１）と、区分領域ごとに最適化した板厚に基づいて振動伝達骨格部品の区分領域とその最適な板厚を決定する（Ｓ１３）、ものである。【選択図】 図４

Description

本発明は、自動車のパネル部品の振動騒音低減解析方法及び解析装置に関し、特に、自動車のパネル部品の振動騒音を低減するために、該自動車の起振源から前記パネル部品に到る振動伝達経路にある骨格部品の最適な区分領域と該各区分領域の板厚を求める自動車のパネル部品の振動騒音低減解析方法及び解析装置に関する。
フロアパネル、ダッシュロアパネル及びルーフパネル等の自動車のパネル部品は、鋼板、アルミニウム合金板、またはこれらにZn合金等をめっきしたものをプレス成形してなり、これらパネル部品の振動は、ロードノイズやこもり音の原因となり、車室内騒音を悪化させる。そのため、車室内騒音の低減は、自動車の静粛性や商品価値を向上させる上で課題となっている。
自動車のパネル部品における振動騒音は、図８に示すように、（ａ）自動車５１のエンジン５３や走行時に路面等から周期的な荷重が入力するタイヤ５５などの起振源における振動が、（ｂ）車体骨格を構成する骨格部品５７を伝達し、（ｃ）パネル部品５９を振動させる、ことが原因であると考えられる。そのため、パネル部品の振動騒音を低減させるための対策の一つとして、（ｃ）の原因に着目しパネル部品そのものに対策を施して振動を低減する、ことが挙げられる。
従来、パネル部品の振動騒音を低減する技術としては、当該パネル部品にビードを付与することが有効であるとされている。そして、非特許文献１には、振動騒音の低減対象とするパネル部品に付与するビードの最適な位置を求める技術が開示されている。
しかしながら、意匠性が重要視される自動車においては、ルーフパネルのような外板パネル部品にビードを直接付与することは困難であり、また、隣接する内板パネル部品に干渉するため問題であった。その結果、自動車の振動伝達経路にある骨格部品に対策を施すことが求められていた。
そこで、自動車の振動伝達経路の骨格部品に対策を施してパネル部品の振動を低減する技術に関しても、これまでにいくつか提案されている。
例えば特許文献１には、車両の走行時に、車体の左右側部部材とこれらに架設されるフロントカウルとを介してダッシュパネルへと振動が伝達されないように、該フロントカウルにビードを形成し、該ビードが振動伝達の断点として機能させる技術が開示されている。
また、特許文献２には、車体前後方向に所定の間隔で複数設けたルーフボウの上にルーフパネルが接合される車体のルーフ構造において、ある一つのルーフボウと該ルーフボウに隣接する少なくとも１つのルーフボウの車体幅方向における中央部の幅を、他のルーフボウの幅よりも幅広に形成することで、エンジン振動等によって車体骨格に共振が生じた場合でもルーフパネルの振動を抑制する技術が開示されている。
特開２０１０−２２８７１８号公報 特開２００７−１８６０８６号公報
"構造最適化設計ソフトウェア Altair OptiStruct"、［online］、［令和１年７月１８日検索］、インターネット＜URL：https://www.terrabyte.co.jp/Hyper/OptiStruct-3.htm＞
しかしながら、特許文献１に開示されている技術によれば、骨格部品にビードが付与された構造とすることで、部品の面積等から経験的または直感的に判断される特定モードでの振動伝達経路に対しては振動を遮断することはできたとしても、異なるモードでの別の振動伝達経路に対しては振動を遮断することはできず、十分に振動騒音を低減することはできない場合が多かった。
また、特許文献２に開示されている技術は、ルーフボウの中央部を幅広に形成することで重量が大幅に増加してしまうという問題があり、また、骨格部品の形状を大きく変えると他の部品と干渉してしまって実現するのが難しい場合があった。
そのため、自動車のパネル部品の振動の伝達経路にある骨格部品について、重量や形状を大幅に変更することを要せずに、該パネル部品の振動騒音を効率的に低減することができる技術が望まれていた。
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、自動車における振動源から複数の骨格部品を介して伝達するパネル部品の振動騒音を低減する自動車のパネル部品の振動騒音低減解析方法及び解析装置を提案することを目的とする。
＜発明に至った経緯＞
前述のとおり、自動車のパネル部品の振動騒音を低減するためには、自動車の振動源からパネル部品に致る振動伝達経路にある骨格部品について、振動の伝達を遮断する構造となるような対策を施すことが有効である。
そして、振動伝達を遮断するためには、振動伝達経路にある骨格部品の板厚最適化により、当該骨格部品の剛性を向上することが有効であると考えられる。
しかしながら、自動車の車体骨格は数百個の骨格部品から構成されており、従来はこれら骨格部品のいずれに対策を施すのか、該当する骨格部品を特定し、パネル部品の振動騒音を低減するには非効率かつ極めて困難であった。また、振動特性以外の車体特性を満足しなくなる場合もあって問題であった。
そこで、本発明者は上記課題について鋭意検討した。その結果、自動車の起振源から振動騒音の低減対象とするパネル部品に到るまでの振動の伝達経路となる振動伝達骨格部品のうち、前記パネル部品の振動に起因する振動騒音に対する寄与の大きい振動伝達骨格部品を特定し、該特定した振動伝達骨格部品の振動伝達を抑制する最適な板厚を求めて設定することにより、前記パネル部品の振動騒音を効率的に低減することを想起した。
すなわち、自動車の車体を細分化されたメッシュでモデル化し、振動エネルギー解析から振動エネルギー（振動インテンシティ）を求めて、最も振動を伝達しやすい伝達経路となる振動伝達骨格部品を特定し、続いて、パネル部品からの等価放射パワー（ＥＲＰ）を目的関数とし、総重量を制約条件とし、板厚を設計変数とする前記振動伝達骨格部品の板厚最適化解析を行う。
このように、振動伝達骨格部品を細分化されたメッシュでモデル化した振動伝達骨格部品モデルを用いた板厚最適化解析を行うことにより、特定した振動伝達骨格部品の最適な板厚とすることができる。しかしながら、当該板厚最適化解析は、前記振動伝達骨格部品モデルの細分化されたメッシュごとに最適な板厚を求めるものであるため、実際の振動伝達骨格部品の製造において当該振動伝達骨格部品の板厚を前記振動伝達骨格部品モデルにおけるメッシュごとの最適な板厚と同様に設定することは現実的ではない。
そこで、パネル部品の振動騒音を低減する振動伝達骨格部品の製造を可能とするように、当該振動伝達骨格部品の最適な板厚を決定する方法についてさらに検討をすすめた。その結果、メッシュごとに求めた最適な板厚に基づいて、前記振動伝達骨格部品モデルを所定の範囲にまとめて複数の区分領域を設定し、該設定した区分領域ごとに最適な板厚を求め直して、区分領域ごとに最適な板厚として、例えば、テーラードブランクを用いて当該振動伝達骨格部品を製造すればよいことを着想するに至った。
本発明は、上記着想に基づいてなされたものであり、具体的には以下の構成からなるものである。
（１）本発明に係る自動車のパネル部品の振動騒音低減解析方法は、自動車における起振源から振動伝達骨格部品を介してパネル部品に伝達する振動に起因する該パネル部品の振動騒音を低減するものであり、コンピュータが以下の各プロセスを行うものであって、車体メッシュモデル取得プロセスと、振動騒音低減対象パネル部品モデルの特定周波数帯選定プロセスと、振動伝達骨格部品モデル特定プロセスと、メッシュごとの板厚最適化プロセスと、振動伝達骨格部品モデルの区分領域設定プロセスと、区分領域ごとの板厚最適化プロセスと、振動伝達骨格部品の区分領域・最適板厚決定プロセスと、を備えてなり、前記車体メッシュモデル取得プロセスは、振動騒音の低減対象とする前記パネル部品と前記起振源からの振動を伝達する前記振動伝達骨格部品とのそれぞれをメッシュでモデル化した振動騒音低減対象パネル部品モデルと振動伝達骨格部品モデルとを備えるとともに、前記起振源が設定された車体メッシュモデルを取得し、前記振動騒音低減対象パネル部品モデルの特定周波数帯選定プロセスは、前記振動騒音の低減対象とするパネル部品の振動騒音の指標として前記振動騒音低減対象パネル部品モデルの等価放射パワー（ＥＲＰ）の周波数特性を求め、該求めた等価放射パワー（ＥＲＰ）の周波数特性から特定周波数帯を選定し、前記振動伝達骨格部品モデル特定プロセスは、前記振動伝達骨格部品モデル及び前記振動騒音低減対象パネル部品モデルにおける各メッシュの振動エネルギーを求め、前記振動伝達骨格部品モデルの中から、前記振動騒音低減対象パネル部品モデルの前記特定周波数帯における振動への寄与が大きい振動伝達骨格部品モデルを特定し、前記メッシュごとの板厚最適化プロセスは、目的関数として前記振動騒音低減対象パネル部品モデルの前記特定周波数帯における等価放射パワーの最小化を設定し、制約条件として前記特定した振動伝達骨格部品モデルの総重量の所定重量以下を設定し、設計変数として前記特定した振動伝達骨格部品モデルのメッシュの板厚を設定して該板厚を最適化する板厚最適化解析を行い、前記特定した振動伝達骨格部品モデルのメッシュごとの最適化された板厚を求め、前記振動伝達骨格部品モデルの区分領域設定プロセスは、前記メッシュごとの板厚最適化プロセスにおいて求めたメッシュごとの最適化された板厚に基づいて、前記特定した振動伝達骨格部品モデルを所定範囲の板厚ごとに集約して区分した区分領域を設定し、前記区分領域ごとの板厚最適化プロセスは、目的関数として前記振動騒音低減対象パネル部品モデルの前記特定周波数帯における等価放射パワーの最小化を設定し、制約条件として前記特定した振動伝達骨格部品モデルの総重量の所定重量以下を設定し、設計変数として前記特定した振動伝達骨格部品モデルの前記区分領域の板厚を設定して該板厚を最適化する板厚最適化解析を行い、前記特定した振動伝達骨格部品モデルの区分領域ごとの最適化された板厚を求め、前記振動伝達骨格部品の区分領域・最適板厚決定プロセスは、前記特定した振動伝達骨格部品モデルの区分領域と該区分領域ごとの最適化された板厚に基づいて、該特定した振動伝達骨格部品モデルに対応する前記振動伝達骨格部品の区分領域と該区分領域ごとの最適な板厚を決定する、ことを特徴とするものである。
（２）本発明に係る自動車のパネル部品の振動騒音低減解析装置は、自動車における起振源から振動伝達骨格部品を介してパネル部品に伝達する振動に起因する該パネル部品の振動騒音を低減するものであって、車体メッシュモデル取得ユニットと、振動騒音低減対象パネル部品モデルの特定周波数帯選定ユニットと、振動伝達骨格部品モデル特定ユニットと、メッシュごとの板厚最適化ユニットと、振動伝達骨格部品モデルの区分領域設定ユニットと、区分領域ごとの板厚最適化ユニットと、振動伝達骨格部品の区分領域・最適板厚決定ユニットと、を備えてなり、前記車体メッシュモデル取得ユニットは、振動騒音の低減対象とする前記パネル部品と前記起振源からの振動を伝達する前記振動伝達骨格部品とのそれぞれをメッシュでモデル化した振動騒音低減対象パネル部品モデルと振動伝達骨格部品モデルとを備えるとともに、前記起振源が設定された車体メッシュモデルを取得し、前記振動騒音低減対象パネル部品モデルの特定周波数帯選定ユニットは、前記振動騒音の低減対象とするパネル部品の振動騒音の指標として前記振動騒音低減対象パネル部品モデルの等価放射パワー（ＥＲＰ）の周波数特性を求め、該求めた等価放射パワー（ＥＲＰ）の周波数特性から特定周波数帯を選定し、前記振動伝達骨格部品モデル特定ユニットは、前記振動伝達骨格部品モデル及び前記振動騒音低減対象パネル部品モデルにおける各メッシュの振動エネルギーを求め、前記振動伝達骨格部品モデルの中から、前記振動騒音低減対象パネル部品モデルの前記特定周波数帯における振動への寄与が大きい振動伝達骨格部品モデルを特定し、前記メッシュごとの板厚最適化プロセスは、目的関数として前記振動騒音低減対象パネル部品モデルの前記特定周波数帯における等価放射パワーの最小化を設定し、制約条件として前記特定した振動伝達骨格部品モデルの総重量の所定重量以下を設定し、設計変数として前記特定した振動伝達骨格部品モデルのメッシュの板厚を設定して該板厚を最適化する板厚最適化解析を行い、前記特定した振動伝達骨格部品モデルのメッシュごとの最適化された板厚を求め、前記振動伝達骨格部品モデルの区分領域設定ユニットは、前記メッシュごとの板厚最適化ユニットにより求められたメッシュごとの最適化された板厚に基づいて、前記特定した振動伝達骨格部品モデルを所定範囲の板厚ごとに集約して区分した区分領域を設定し、前記区分領域ごとの板厚最適化ユニットは、目的関数として前記振動騒音低減対象パネル部品モデルの前記特定周波数帯における等価放射パワーの最小化を設定し、制約条件として前記特定した振動伝達骨格部品モデルの総重量の所定重量以下を設定し、設計変数として前記特定した振動伝達骨格部品モデルの前記区分領域の板厚を設定して該板厚を最適化する板厚最適化解析を行い、前記特定した振動伝達骨格部品モデルの区分領域ごとの最適化された板厚を求め、前記振動伝達骨格部品の区分領域・最適板厚決定ユニットは、前記特定した振動伝達骨格部品モデルの区分領域と該区分領域ごとの最適化された板厚に基づいて、該特定した振動伝達骨格部品モデルに対応する前記振動伝達骨格部品の区分領域と該区分領域ごとの最適な板厚を決定する、ことを特徴とするものである。
本発明においては、自動車の振動騒音の低減対象とするパネル部品の特定周波数帯において、自動車の起振源から前記振動騒音の低減対象とするパネル部品に到る振動伝達経路となる振動伝達骨格部品を特定し、該特定した振動伝達骨格部品の板厚を最適化した後、該最適化した板厚に基づき振動伝達骨格部品を所定の板厚範囲の領域ごとに区分し直し、該区分し直した領域の板厚を最適化することにより、前記起振源の振動に起因する自動車のパネル部品の振動騒音を効率的かつ確実に低減することができ、自動車の静粛性や商品価値の向上に寄与することができる。
本発明の実施の形態に係る自動車のパネル部品の振動騒音低減解析装置のブロック図を示す図である。 本発明の実施の形態において解析対象としたパネル部品及び振動伝達骨格部品モデルとを備えてなる車体メッシュモデルを示す図である。 本発明の実施の形態において、車体メッシュモデルに設定された右側フロントサブフレームの起振源を示す図である。 本発明の実施の形態に係る自動車のパネル部品の振動騒音低減解析方法の処理の流れを示すフローチャート図である。 本実施の形態において、車体メッシュモデルにおける起振源から振動騒音低減対象パネル部品モデル（ルーフパネルモデル）に到る振動伝達経路を特定する振動エネルギー解析により求められた振動伝達骨格部品モデルにおける振動エネルギー（振動加速度）の結果の一例を示す図である。 本実施の形態において、車体メッシュモデルにおけるルーフパネルモデルの振動騒音を低減する振動伝達骨格部品モデルのメッシュごとの板厚分布の結果の一例を示す図である。 本実施の形態において、ルーフパネルモデルの振動騒音を低減する振動伝達骨格部品モデルの区分領域とその板厚の結果の一例を示す図である。 本発明の課題である自動車の起振源から振動伝達骨格部品を介して伝達するパネル部品の振動を説明する図である。
本発明の実施の形態に係る自動車パネル部品の振動騒音低減解析方法及び解析装置について説明するに先立ち、本発明で解析対象とする自動車の振動騒音の低減対象とするパネル部品及び自動車の起振源から振動伝達骨格部品について説明する。なお、以下の説明においては、自動車前進方向に向かって幅方向右を右側、幅方向左を左側とする。
＜自動車の振動騒音の低減対象とするパネル部品及び振動伝達骨格部品＞
本発明で解析対象とする自動車の振動騒音の低減対象とするパネル部品は、薄板構造の部品である外板パネルや内板パネルであり、ルーフパネルやフロアパネル等が例示される。
また、本発明で解析対象とする自動車の振動伝達骨格部品は、自動車の車体骨格を構成する部品であり、ルーフレール、Ａピラー、Ｂピラー、Ｃピラー、サイドシルなどが例示される。そして、これらから構成される車体骨格は、自動車の走行時にエンジンや路面から振動（周期的な荷重）が入力する起振源を有する。
＜自動車のパネル部品の振動騒音低減解析装置＞
次に、本発明の実施の形態に係る自動車のパネル部品の振動騒音低減解析装置（以下、単に「振動騒音低減解析装置」という）の構成について、以下に説明する。
本実施の形態に係る振動騒音低減解析装置１は、自動車のパネル部品の振動に起因する振動騒音を低減するために、該自動車の起振源から振動騒音の低減対象とするパネル部品までの振動伝達経路にある振動伝達骨格部品を特定し、該特定した振動伝達骨格部品を所定の領域に区分してそれぞれの最適な板厚を求めるものであって、図１に示すように、PC（パーソナルコンピュータ）等によって構成され、表示装置３、入力装置５、記憶装置７、作業用データメモリ９及び演算処理装置１１を有している。
そして、表示装置３、入力装置５、記憶装置７及び作業用データメモリ９は、演算処理装置１１に接続され、演算処理装置１１からの指令によってそれぞれの機能が実行される。
以下、振動騒音低減解析装置１の各構成について説明する。なお、本願の図面中に示すx方向、y方向及びz方向は、それぞれ、車体前後方向、車体幅方向及び車体上下方向を表す。
≪表示装置≫
表示装置３は、解析結果の表示等に用いられ、液晶モニター等で構成される。
≪入力装置≫
入力装置５は、車体メッシュモデルファイル３０の表示指示や操作者の条件入力等に用いられ、キーボードやマウス等で構成される。
≪記憶装置≫
記憶装置７は、車体メッシュモデルファイル３０等の各種ファイルの記憶等に用いられ、ハードディスク等で構成される。
車体メッシュモデルとは、振動騒音の低減対象とするパネル部品を細分化されたメッシュ（平面要素）でモデル化した振動騒音低減対象パネル部品モデルと、車体骨格構造を構成する複数の振動伝達骨格部品のそれぞれをメッシュ（平面要素及び／又は立体要素）でモデル化した複数の振動伝達骨格部品モデルと、を備えるものであり、車体メッシュモデルファイル３０は、該車体メッシュモデルの各種情報が格納されたものである。
そして、車体メッシュモデルファイル３０には、車体メッシュモデルの各種情報として、要素や節点に関する情報や材料特性に関する情報等が格納されている。
≪作業用データメモリ≫
作業用データメモリ９は、演算処理装置１１で使用するデータの一時保存（記憶）や演算に用いられ、RAM（Random Access Memory）等で構成される。
≪演算処理装置≫
演算処理装置１１は、図１に示すように、車体メッシュモデル取得ユニット１３と、振動騒音低減対象パネル部品モデルの特定周波数帯選定ユニット１５と、メッシュごとの板厚最適化ユニット１９と、振動伝達骨格部品モデルの区分領域設定ユニット２１と、区分領域の板厚最適化ユニット２３と、振動伝達骨格部品の区分領域・最適板厚決定ユニット２５と、を備え、PC等のCPU（中央演算処理装置）によって構成される。これらの各部は、CPUが所定のプログラムを実行することによって機能する。
演算処理装置１１における上記の各部の機能を以下に説明する。
（車体メッシュモデル取得ユニット）
車体メッシュモデル取得ユニット１３は、振動騒音の低減対象とするパネル部品と自動車の起振源からの振動を伝達する振動伝達骨格部品とのそれぞれをメッシュでモデル化した振動騒音低減対象パネル部品モデルと振動伝達骨格部品モデルとを備えるとともに、前記起振源が設定された車体メッシュモデルを取得するものである。
図２及び図３に、車体メッシュモデル３１の一例を示す。車体メッシュモデル３１は、振動騒音低減対象パネル部品モデルであるルーフパネルモデル３３と、振動伝達骨格部品モデルであるルーフレールモデル３５、Ａピラーモデル３７、Ｂピラーモデル３９、Ｃピラーモデル４１、フロントサブフレームモデル４３、を備えるとともに、自動車の車体骨格における起振源３１ａがフロントサブフレームモデル４３に設定されている。
車体メッシュモデルは、記憶装置７に記憶された車体メッシュモデルファイル３０から要素情報や材料特性情報を読み込むことにより取得することができる。
（振動騒音低減対象パネル部品モデルの特定周波数帯選定ユニット）
振動騒音低減対象パネル部品モデルの特定周波数帯選定ユニット１５は、後述するように、振動伝達骨格部品モデルの板厚最適化を行うための目的関数として設定する振動騒音低減対象パネル部品モデルの等価放射パワー（ＥＲＰ）や振動エネルギーを最小化する特定周波数帯を選定するものである。
車体メッシュモデルに設定した起振源により振動騒音低減対象パネル部品モデルが振動する周波数帯や振動モードは、対象とする振動騒音対象パネル部品モデルを含む車体メッシュモデルを用いた周波数応答解析、例えば、振動モード解析や振動エネルギー解析を行って決定することができる。
車体メッシュモデルにおいては、起振源から振動伝達骨格部品モデルに伝達して振動騒音低減対象パネル部品モデルが振動するが、当該振動騒音低減対象パネル部品モデルの振動の等価放射パワー（ＥＲＰ）や振動エネルギーは振動の周波数により変動する。
そのため、本実施の形態では、振動騒音低減対象パネル部品モデルの特定周波数帯選定ユニット１５は、振動騒音の低減対象とするパネル部品の振動騒音の指標として前記振動騒音低減対象パネル部品モデルの等価放射パワー（ＥＲＰ）の周波数特性を求め、該周波数特性から等価放射パワーが大きい特定周波数帯を選定する。そして、後述する板厚最適化解析により該特定周波数帯における等価放射パワー（ＥＲＰ）を最小化する。ここで、等価放射パワー（ＥＲＰ）の大きい特定周波数帯とは、例えば、等価放射パワー（ＥＲＰ）の周波数特性において最大値を含む任意の周波数範囲のことをいう。
なお、振動騒音低減対象パネル部品モデルの特定周波数帯選定ユニット１５は、等価放射パワー（ＥＲＰ）の大きい特定周波数帯を選定することに限るものではなく、等価放射パワーや振動エネルギーを低減したい特定周波数帯を任意に選定してもよい。
（振動伝達骨格部品モデル特定ユニット）
振動伝達骨格部品モデル特定ユニット１７は、振動伝達骨格部品モデル及び振動騒音低減対象パネル部品モデルにおける各メッシュの振動エネルギーを求め、前記振動伝達骨格部品モデルの中から、前記振動騒音低減対象パネル部品モデルの特定周波数帯における振動への寄与が大きい振動伝達骨格部品モデルを特定するものである。
本実施の形態において、振動伝達骨格部品モデル特定ユニット１７は、図１に示すように、振動エネルギー解析条件設定部１７ａと、振動エネルギー解析部１７ｂと、振動伝達骨格部品モデル特定部１７ｃと、有する。
振動エネルギー解析条件設定部１７ａは、振動伝達骨格部品モデル及び振動騒音低減対象パネル部品モデルにおける各メッシュの振動エネルギーを求めるための振動エネルギー解析で与える振動エネルギー解析条件として、車体メッシュモデルの起振源に入力する振動及び振動による変位等を設定する。
ここで、振動エネルギー解析（振動インテンシティ解析）とは、対象とする構造物における要素（メッシュ）間のエネルギー収支から、各メッシュのもつ振動エネルギーを算出するものである。本実施の形態において、振動エネルギー解析により算出される振動エネルギーは、各メッシュの運動エネルギーやひずみエネルギーをいう。
振動エネルギー解析部１７ｂは、振動エネルギー解析条件設定部１７ａにより設定された振動エネルギー解析条件の下で車体メッシュモデルにおける振動伝達骨格部品モデル及び振動騒音低減対象パネル部品モデルのそれぞれにおけるメッシュ間のエネルギー収支から各メッシュの振動エネルギーを求めるものである。
振動伝達骨格部品モデル特定部１７ｃは、振動エネルギー解析部１７ｂにより該各メッシュについて求められた振動エネルギーの値から、振動騒音低減対象パネル部品モデルの特定周波数帯選定ユニット１５により選定され、特定周波数帯における振動騒音低減対象パネル部品モデルの振動の伝達経路となる振動伝達骨格部品モデルを選定し、該選定した振動伝達骨格部品モデルの中から、振動エネルギー解析部１７ｂにより求めたメッシュの振動エネルギーが大きい振動伝達骨格部品モデルを特定する。
なお、振動伝達骨格部品モデル特定部１７ｃにより振動伝達骨格部品モデルの特定の指標とする振動エネルギーは、振動エネルギー解析部１７ｂにより各メッシュの振動エネルギーとして求められる運動エネルギー又はひずみエネルギーのいずれかとしてもよい。
（メッシュごとの板厚最適化ユニット）
メッシュごとの板厚最適化ユニット１９は、振動伝達骨格部品モデル特定ユニット１７により特定された振動伝達骨格部品モデルのメッシュごとの最適化された板厚を求めるものである。
本実施の形態において、メッシュごとの板厚最適化ユニット１９は、図１に示すように、メッシュごとの板厚最適化解析条件設定部１９ａと、メッシュごとの板厚最適化解析部１９ｂを有する。
メッシュごとの板厚最適化解析条件設定部１９ａは、メッシュごとの板厚を最適化する板厚最適化解析におけるメッシュごとの板厚最適化解析条件を設定するものである。本実施の形態では、メッシュごとの板厚最適化解析条件として、振動騒音低減対象パネル部品モデルの振動騒音に関する目的関数と、前記振動伝達骨格部品モデルの総重量に関する制約条件を設定する。
目的関数は、自動車のパネル部品の振動騒音の指標である振動騒音低減対象パネル部品モデルの特定周波数帯における等価放射パワーの最小化、を設定する。ここで、特定周波数帯とは、振動騒音低減対象パネル部品モデルの特定周波数帯選定ユニット１５により選定された特定周波数帯である。
また、制約条件は、振動伝達骨格部品モデルの総重量を所定の重量以下、を設定する。
メッシュごとの板厚最適化解析部１９ｂは、車体メッシュモデルにおけるメッシュの板厚を設計変数として設定し、メッシュごとの板厚最適化解析条件設定部１９ａにより設定された目的関数と制約条件を満たすように、前記設定したメッシュの板厚を最適化する板厚最適化解析を行い、メッシュごとの最適化された板厚を求めるものである。
ここで、メッシュごとに設定する設計変数の数値や範囲は、実際の振動伝達骨格部品の製造に供する鋼板等の板厚の種類に応じて設定することが好ましい。
メッシュごとの板厚最適化解析部１９ｂにより求められた振動伝達骨格部品モデルにおけるメッシュの板厚が厚い場合、該メッシュの板厚が振動騒音低減対象パネル部品モデルの剛性を高くし、特定周波数帯における等価放射パワー（ＥＲＰ）の最小化に大きく寄与することを示す。そして、このことは、振動騒音の低減対象とするパネル部品の振動騒音の低減に大きく寄与することを示す。
これに対し、メッシュごとの板厚最適化解析部１９ｂにより求められた振動伝達骨格部品モデルにおけるメッシュの板厚が薄い場合、該メッシュの板厚は振動騒音低減対象パネル部品モデルの剛性への寄与が小さく、特定周波数帯における等価放射パワー（ＥＲＰ）の最小化への寄与も小さいことを示す。このことは、パネル部品の振動騒音の低減への振動騒音の低減対象とするパネル部品の振動騒音の低減への寄与が小さいことを示す。
（振動伝達骨格部品モデルの区分領域設定ユニット）
振動伝達骨格部品モデルの区分領域設定ユニット２１は、メッシュごとの板厚最適化ユニット１９により最適化されたメッシュごとの板厚に基づいて、振動伝達骨格部品モデル特定ユニット１７により特定された振動伝達骨格部品モデルを所定範囲の板厚ごとに集約して区分した区分領域を設定するものである。
メッシュごとの板厚最適化ユニット１９により求められたメッシュごとの板厚は、メッシュが著しく小さいため、そのような細分化されたメッシュに対応して板厚を変更しつつ実際の振動伝達骨格部品を製造することは困難である。
そこで、振動伝達骨格部品モデル特定ユニット１７により特定された振動伝達骨格部品モデルに対し、メッシュごとの板厚最適化解析ユニットにより求めたメッシュごとの最適化された板厚が所定の範囲にあるメッシュを集約し、該集約したメッシュの領域ごとに前記振動伝達骨格部品モデルを区分して区分領域を設定する。
振動伝達骨格部品モデルを区分するためのメッシュごとの板厚の所定の範囲とは、例えば、実際の振動伝達骨格部品の製造に供する鋼板等の板厚の種類に応じて設定することが好ましい。また、区分ごとに異なる板厚を有する鋼板はテーラードブランクなどの手段により製造してプレス成形し、振動伝達骨格部品とすることが可能である。
（区分領域ごとの板厚最適化ユニット）
区分領域ごとの板厚最適化ユニット２３は、振動伝達骨格部品モデル特定ユニット１７により特定された振動伝達骨格部品モデルの区分領域ごとの最適化された板厚を求めるものである。
本実施の形態において、区分領域の板厚最適化ユニット２３は、図１に示すように、区分領域ごとの板厚最適化解析条件設定部２３ａと、区分領域ごとの板厚最適化解析部２３ｂを有する。
区分領域ごとの板厚最適化解析条件設定部２３ａは、区分領域ごとの板厚を最適化する板厚最適化解析における区分領域ごとの板厚最適化解析条件を設定するものである。本実施の形態では、区分領域ごとの板厚最適化解析条件として、振動騒音低減対象パネル部品モデルの振動騒音に関する目的関数と、前記振動伝達骨格部品モデルの総重量に関する制約条件を設定する。
目的関数としては、自動車のパネル部品の振動騒音の指標である振動騒音低減対象パネル部品モデルの特定周波数帯における等価放射パワーの最小化、を設定する。ここで、特定周波数帯とは、振動騒音低減対象パネル部品モデルの特定周波数帯選定ユニット１５により選定された特定周波数帯である。
また、制約条件は、振動伝達骨格部品モデルの総重量を所定の重量以下、を設定する。
区分領域ごとの板厚最適化解析部２３ｂは、振動伝達骨格部品モデル特定ユニット１７により特定された振動伝達骨格部品モデルの区分領域の板厚を設計変数として設定し、区分領域ごとの板厚最適化解析条件設定部１９ａにより設定された目的関数と制約条件を満たすように、前記設定した区分領域の板厚を最適化する板厚最適化解析を行い、区分領域ごとの最適化された板厚を求めるものである。
ここで、区分領域ごとに設定する設計変数の数値や範囲は、実際の振動伝達骨格部品の製造に供する鋼板等の板厚の種類に応じて設定することが好ましい。
区分領域ごとの板厚最適化解析部２３ｂにより求められた振動伝達骨格部品モデルにおける区分領域の板厚が厚い場合、該区分領域の板厚が振動騒音低減対象パネル部品モデルの剛性を高くし、特定周波数帯における等価放射パワーの最小化、すなわち、振動騒音の低減に大きく寄与することを示す。
これに対し、区分領域ごとの板厚最適化解析部２３ｂにより求めた振動伝達骨格部品モデルにおける区分領域の板厚が薄い場合、該区分領域の板厚は振動騒音低減対象パネル部品モデルの剛性への寄与が小さく、振動騒音の低減への寄与も小さいことを示す。
（振動伝達骨格部品の区分領域・最適板厚決定ユニット）
振動伝達骨格部品の区分領域・最適板厚決定ユニット２５は、振動伝達骨格部品モデルの区分領域設定ユニット２１により特定した振動伝達骨格部品モデルに対し、振動伝達骨格部品モデルの区分領域設定ユニット２１により設定された区分領域と、区分領域ごとの板厚最適化解析部２３ｂにより求められた区分領域ごとの最適化された板厚に基づいて、該特定した振動伝達骨格部品モデルに対応する振動伝達骨格部品の区分領域と、該区分領域ごとの最適な板厚を決定するものである。
＜自動車のパネル部品の振動騒音低減解析方法＞
次に、本実施の形態に係る自動車のパネル部品の振動騒音低減解析方法（以下、単に「振動騒音低減解析方法」という）の構成について、以下に説明する。
本実施の形態に係る振動騒音低減解析方法は、自動車における起振源から振動伝達骨格部品を介してパネル部品に伝達する振動に起因する該パネル部品の振動騒音を低減するものであり、図４に示すように、車体メッシュモデル取得プロセスＳ１と、振動騒音低減対象パネル部品モデルの特定周波数帯選定プロセスＳ３と、振動伝達骨格部品モデル特定プロセスＳ５と、メッシュごとの板厚最適化プロセスＳ７と、振動伝達骨格部品モデルの区分領域設定プロセスＳ９と、区分領域ごとの板厚最適化プロセスＳ１１と、振動伝達骨格部品の区分領域・最適板厚決定プロセスＳ１３と、を備えている。
以下、図４に示すフローチャートに基づいて、上記の各プロセスについて説明する。なお、以下の説明では、上記の各プロセスとも、コンピュータによって構成された本発明の実施の形態に係る振動騒音低減解析装置１（図１）を用いて実行する。
≪車体メッシュモデル取得プロセス≫
車体メッシュモデル取得プロセスＳ１は、振動騒音の低減対象とするパネル部品と自動車の起振源からの振動を伝達する振動伝達骨格部品とのそれぞれをメッシュでモデル化した振動騒音低減対象パネル部品モデルと振動伝達骨格部品モデルとを備えるとともに、前記起振源が設定された車体メッシュモデルを取得するプロセスである。本実施の形態において、車体メッシュモデル取得プロセスＳ１は、振動騒音低減解析装置１の車体メッシュモデル取得ユニット１３が行う。
≪振動騒音低減対象パネル部品モデルの特定周波数帯選定プロセス≫
振動騒音低減対象パネル部品モデルの特定周波数帯選定プロセスＳ３は、後述するように、振動伝達骨格部品モデルの板厚最適化を行うための目的関数として設定する振動騒音低減対象パネル部品モデルの等価放射パワー（ＥＲＰ）や振動エネルギーを最小化する特定周波数帯を選定するプロセスである。本実施の形態において、振動騒音低減対象パネル部品モデルの特定周波数帯選定プロセスＳ３は、振動騒音低減解析装置１の振動騒音低減対象パネル部品モデルの特定周波数帯選定ユニット１５が行う。
車体メッシュモデルに設定した起振源により振動騒音低減対象パネル部品モデルが振動する周波数帯や振動モードは、対象とする振動騒音対象パネル部品モデルを含む車体メッシュモデルを用いた周波数応答解析、例えば、振動モード解析や振動エネルギー解析を行って決定することができる。
車体メッシュモデルにおいては、起振源から振動伝達骨格部品モデルに伝達して振動騒音低減対象パネル部品モデルが振動するが、当該振動騒音低減対象パネル部品モデルの振動の等価放射パワー（ＥＲＰ）や振動エネルギーは振動の周波数により変動する。
そのため、本実施の形態では、振動騒音低減対象パネル部品モデルの特定周波数帯選定プロセスＳ３は、振動騒音の低減対象とするパネル部品の振動騒音の指標として前記振動騒音低減対象パネル部品モデルの等価放射パワー（ＥＲＰ）の周波数特性を求め、該周波数特性から等価放射パワーが大きい特定周波数帯を選定する。そして、後述する板厚最適化解析により該特定周波数帯における等価放射パワー（ＥＲＰ）を最小化する。ここで、等価放射パワー（ＥＲＰ）の大きい特定周波数帯とは、例えば、等価放射パワー（ＥＲＰ）の周波数特性において最大値を含む任意の周波数範囲のことをいう。
なお、振動騒音低減対象パネル部品モデルの特定周波数帯選定プロセスＳ３は、等価放射パワー（ＥＲＰ）の大きい特定周波数帯を選定することに限るものではなく、等価放射パワーや振動エネルギーを低減したい特定周波数帯を任意に選定してもよい。
≪振動伝達骨格部品モデル特定プロセス≫
振動伝達骨格部品モデル特定プロセスＳ５は、振動伝達骨格部品モデル及び振動騒音低減対象パネル部品モデルにおける各メッシュの振動エネルギーを求め、前記振動伝達骨格部品モデルの中から、前記振動騒音低減対象パネル部品モデルの特定周波数帯における振動への寄与が大きい振動伝達骨格部品モデルを特定するものである。
本実施の形態において、振動伝達骨格部品モデル特定プロセスＳ５は、図４に示すように、振動エネルギー解析条件設定ステップＳ５ａと、振動エネルギー解析ステップＳ５ｂと、振動伝達骨格部品モデル特定ステップＳ５ｃと、有し、振動騒音低減解析装置１においては振動伝達骨格部品モデル特定ユニット１７が行うプロセスである。
まず、振動エネルギー解析条件設定ステップＳ５ａにおいて、振動伝達骨格部品モデル及び振動騒音低減対象パネル部品モデルにおける各メッシュの振動エネルギーを求めるための振動エネルギー解析で与える振動エネルギー解析条件として、車体メッシュモデルの起振源に入力する振動及び振動による変位等を、設定する。なお、振動エネルギー解析条件設定ステップＳ５ａは、振動伝達骨格部品モデル特定ユニット１７の振動エネルギー解析条件設定部１７ａが行う。
ここで、振動エネルギー解析（振動インテンシティ解析）とは、対象とする構造物における要素（メッシュ）間のエネルギー収支から、各メッシュのもつ振動エネルギーを算出するものである。本実施の形態において、振動エネルギー解析により算出される振動エネルギーは、各メッシュの運動エネルギーやひずみエネルギーをいう。
次いで、振動エネルギー解析ステップＳ５ｂにおいて、振動エネルギー解析条件設定ステップＳ５ａにおいて設定した振動エネルギー解析条件の下で車体メッシュモデルにおける振動伝達骨格部品モデル及び振動騒音低減対象パネル部品モデルのそれぞれにおけるメッシュ間のエネルギー収支から各メッシュの振動エネルギーを求める。なお、振動エネルギー解析ステップＳ５ｂは、振動伝達骨格部品モデル特定ユニット１７の振動エネルギー解析部１７ｂが行う。
そして、振動伝達骨格部品モデル特定ステップＳ５ｃにおいて、振動エネルギー解析ステップＳ５ｂにおいて各メッシュについて求めた振動エネルギーの値から、振動騒音低減対象パネル部品モデルの特定周波数帯選定プロセスＳ３において選定した特定周波数帯における振動騒音低減対象パネル部品モデルの振動の伝達経路となる振動伝達骨格部品モデルを選定し、該選定した振動伝達骨格部品モデルの中から、振動エネルギー解析ステップＳ５ｂにおいて求めたメッシュの振動エネルギーが大きい振動伝達骨格部品モデルを特定する。なお、振動伝達骨格部品モデル特定ステップＳ５ｃは、振動伝達骨格部品モデル特定ユニット１７の振動伝達骨格部品モデル特定部１７ｃが行う。
また、振動伝達骨格部品モデル特定ステップＳ５ｃにおいて振動伝達骨格部品モデルを特定するための指標である振動エネルギーは、振動エネルギー解析ステップＳ５ｂにより各メッシュの振動エネルギーとして求められる運動エネルギー又はひずみエネルギーのいずれかとしてもよい。
≪メッシュごとの板厚最適化プロセス≫
メッシュごとの板厚最適化プロセスＳ７は、振動伝達骨格部品モデル特定プロセスＳ５において特定した振動伝達骨格部品モデルのメッシュごとの最適化された板厚を求めるものである。
本実施の形態において、メッシュごとの板厚最適化プロセスＳ７は、図４に示すように、メッシュごとの板厚最適化解析条件設定ステップＳ７ａと、メッシュごとの板厚最適化解析ステップＳ７ｂと、を有し、これらの各ステップは、それぞれ、振動騒音低減解析装置１におけるメッシュごとの板厚最適化ユニット１９のメッシュごとの板厚最適化解析条件設定部１９ａとメッシュごとの板厚最適化解析部１９ｂとが行う。
まず、メッシュごとの板厚最適化解析条件設定ステップＳ７ａにおいて、メッシュごとの板厚を最適化する板厚最適化解析におけるメッシュごとの板厚最適化解析条件を設定する。
本実施の形態において、メッシュごとの板厚最適化解析条件としては、振動騒音低減対象パネル部品モデルの振動騒音に関する目的関数と、前記振動伝達骨格部品モデルの総重量に関する制約条件を設定する。
目的関数は、自動車のパネル部品の振動騒音の指標である振動騒音低減対象パネル部品モデルの特定周波数帯における等価放射パワーの最小化、を設定する。ここで、特定周波数帯とは、振動騒音低減対象パネル部品モデルの特定周波数帯選定プロセスＳ３において選定した特定周波数帯である。
また、制約条件は、振動伝達骨格部品モデルの総重量を所定の重量以下、を設定する。
次に、メッシュごとの板厚最適化解析ステップＳ７ｂにおいて、車体メッシュモデルにおけるメッシュの板厚を設計変数として設定し、メッシュごとの板厚最適化解析条件設定ステップＳ７ａにおいて設定した目的関数と制約条件を満たすように、前記設定したメッシュの板厚を最適化する板厚最適化解析を行い、メッシュごとの最適化された板厚を求める。ここで、メッシュごとに設定する設計変数の数値や範囲は、実際の振動伝達骨格部品の製造に供する鋼板等の板厚の種類に応じて設定することが好ましい。
メッシュごとの板厚最適化解析ステップＳ７ｂにおいて求めた振動伝達骨格部品モデルにおけるメッシュの板厚が厚い場合、該メッシュの板厚が振動騒音低減対象パネル部品モデルの剛性を高くし、特定周波数帯における等価放射パワー（ＥＲＰ）の最小化に大きく寄与することを示す。そして、このことは、振動騒音の低減対象とするパネル部品の振動騒音の低減に大きく寄与することを示す。
これに対し、メッシュごとの板厚最適化解析ステップＳ７ｂにおいて求めた振動伝達骨格部品モデルにおけるメッシュの板厚が薄い場合、該メッシュの板厚は振動騒音低減対象パネル部品モデルの剛性への寄与が小さく、特定周波数帯における等価放射パワー（ＥＲＰ）の最小化への寄与も小さいことを示す。このことは、パネル部品の振動騒音の低減への振動騒音の低減対象とするパネル部品の振動騒音の低減への寄与が小さいことを示す。
≪振動伝達骨格部品モデルの区分領域設定プロセス≫
振動伝達骨格部品モデルの区分領域設定プロセスＳ９は、メッシュごとの板厚最適化プロセスＳ７において最適化したメッシュごとの板厚に基づいて、振動伝達骨格部品モデル特定プロセスＳ５において特定した振動伝達骨格部品モデルを所定範囲の板厚ごとに集約して区分した区分領域を設定するものである。本実施の形態において、振動伝達骨格部品モデルの区分領域設定プロセスＳ９は、振動騒音低減解析装置１の振動伝達骨格部品モデルの区分領域設定ユニット２１が行う。
メッシュごとの板厚最適化プロセスＳ７において求めたメッシュごとの板厚は、メッシュが著しく小さいため、そのような細分化されたメッシュに対応して板厚を変更しつつ実際の振動伝達骨格部品を製造することは困難である。
そこで、振動伝達骨格部品モデル特定プロセスＳ５において特定した振動伝達骨格部品モデルに対し、メッシュごとの板厚最適化プロセスＳ７において求めたメッシュごとの最適化された板厚が所定の範囲にあるメッシュを集約し、該集約したメッシュの領域ごとに前記振動伝達骨格部品モデルを区分して区分領域を設定する。
振動伝達骨格部品モデルを区分するためのメッシュごとの板厚の所定の範囲とは、例えば、実際の振動伝達骨格部品の製造に供する鋼板等の板厚の種類に応じて設定することが好ましい。また、区分ごとに異なる板厚を有する鋼板はテーラードブランクなどの手段により製造してプレス成形し、振動伝達骨格部品とすることが可能である。
≪区分領域の板厚最適化プロセス≫
区分領域ごとの板厚最適化プロセスＳ１１は、振動伝達骨格部品モデル特定プロセスＳ５において特定した振動伝達骨格部品モデルの区分領域ごとの最適化された板厚を求めるものである。本実施の形態において、区分領域の板厚最適化プロセスＳ１１は、図４に示すように、区分領域ごとの板厚最適化解析条件設定ステップＳ１１ａと、区分領域ごとの板厚最適化解析ステップＳ１１ｂを有し、これらの各ステップは、振動騒音低減解析装置１における区分領域ごとの板厚最適化ユニット２３の区分領域ごとの板厚最適化解析条件設定部２３ａと、区分領域ごとの板厚最適化解析部２３ｂとが、それぞれ行う。
まず、区分領域ごとの板厚最適化解析条件設定ステップＳ１１ａにおいて、区分領域ごとの板厚を最適化する板厚最適化解析における区分領域ごとの板厚最適化解析条件を設定する。本実施の形態では、区分領域ごとの板厚最適化解析条件として、振動騒音低減対象パネル部品モデルの振動騒音に関する目的関数と、前記振動伝達骨格部品モデルの総重量に関する制約条件を設定する。
目的関数としては、自動車のパネル部品の振動騒音の指標である振動騒音低減対象パネル部品モデルの特定周波数帯における等価放射パワーの最小化、を設定する。ここで、特定周波数帯とは、振動騒音低減対象パネル部品モデルの特定周波数帯選定ユニット１５により選定された特定周波数帯である。
また、制約条件は、振動伝達骨格部品モデルの総重量を所定の重量以下、を設定する。
次いで、区分領域ごとの板厚最適化解析ステップＳ１１ｂにおいて、振動伝達骨格部品モデル特定プロセスＳ５において特定した振動伝達骨格部品モデルの区分領域の板厚を設計変数として設定し、区分領域ごとの板厚最適化解析条件設定ステップＳ７ａにおいて設定した目的関数と制約条件を満たすように、前記設定した区分領域の板厚を最適化する板厚最適化解析を行い、区分領域ごとの最適化された板厚を求める。
なお、区分領域ごとに設定する設計変数の数値や範囲は、実際の振動伝達骨格部品の製造に供する鋼板等の板厚の種類に応じて設定することが好ましい。
区分領域ごとの板厚最適化解析ステップＳ１１ｂにおいて求めた振動伝達骨格部品モデルにおける区分領域の板厚が厚い場合、該区分領域の板厚が振動騒音低減対象パネル部品モデルの剛性を高くし、特定周波数帯における等価放射パワーの最小化、すなわち、振動騒音の低減に大きく寄与することを示す。
これに対し、区分領域ごとの板厚最適化解析ステップＳ１１ｂにおいて求めた振動伝達骨格部品モデルにおける区分領域の板厚が薄い場合、該区分領域の板厚は振動騒音低減対象パネル部品モデルの剛性への寄与が小さく、振動騒音の低減への寄与も小さいことを示す。
≪振動伝達骨格部品の区分領域・最適板厚決定プロセス≫
振動伝達骨格部品の区分領域・最適板厚決定プロセスＳ１３は、振動伝達骨格部品モデル特定プロセスＳ５において特定した振動伝達骨格部品モデルに対し、振動伝達骨格部品モデルの区分領域設定プロセスＳ９において設定した区分領域と、区分領域ごとの板厚最適化解析ステップＳ１１ｂにおいて求めた区分領域ごとの最適化された板厚に基づいて、該特定した振動伝達骨格部品モデルに対応する振動伝達骨格部品の区分領域と、該区分領域ごとの最適な板厚を決定する。本実施の形態において、振動伝達骨格部品の区分領域・最適板厚決定プロセスＳ１３は、振動騒音低減解析装置１の振動伝達骨格部品の区分領域・最適板厚決定ユニット２５が行う。
本実施の形態に係る振動騒音低減解析方法及び解析装置の作用効果について、図２及び図３に示す車体メッシュモデル３１のルーフパネルモデル３３の振動に起因する振動騒音の低減を目的とし、車体メッシュモデル３１における起振源３１ａからルーフパネルモデル３３に到る振動伝達経路にある振動伝達骨格部品モデルを特定し、該特定した振動伝達骨格部品モデルの最適な区分領域とその最適な板厚を求めた例に基づいて、以下に説明する。
まず、車体メッシュモデル取得ユニット１３（図１）により、図２及び図３に示す車体メッシュモデル３１を取得した。
車体メッシュモデル３１は、前述のとおり、振動騒音低減対象パネル部品モデルであるルーフパネルモデル３３と、振動伝達骨格部品モデルであるルーフレールモデル３５、Ａピラーモデル３７、Ｂピラーモデル３９、Ｃピラーモデル４１、フロントサブフレームモデル４３と、を備えるとともに、自動車の車体骨格における起振源３１ａがフロントサブフレームモデル４３に設定されている。
なお、ルーフレールは、ルーフレールアウターとルーフレールインナーを合わせた構造であるが、ルーフレールモデル３５として、ルーフレールアウターはそのままで、左側のルーフレールインナーであるルーフレール（LH側）と右側のルーフレールインナーであるルーフレール（RH側）のそれぞれをメッシュでモデル化したルーフレール（LH側）モデル３５ａとルーフレール（RH側）モデル３５ｂを解析対象とした。
次に、後述する振動伝達骨格部品の板厚最適化解析を行うための目的関数を設定するにあたり、振動騒音低減対象パネル部品モデルについて最小化したい等価放射パワー（ＥＲＰ）に対応する特定周波数帯を選定する。
車体メッシュモデルの起振源に入力する振動の周波数帯や振動モードは、振動騒音低減対象パネル部品モデルを含む車体メッシュモデルを用いた周波数応答解析を行って決定した。
振動騒音低減対象パネル部品モデルであるルーフパネルモデル３３の等価放射パワー（ＥＲＰ）は、周波数により変動するため、等価放射パワー（ＥＲＰ）の大きい特定周波数帯として70〜80Hzを選定した。
なお、振動伝達部品の板厚を変更しない場合（板厚1.4mm）の比較例では、当該特定周波数帯（70〜80Hz）における等価放射パワー（ＥＲＰ）は29.9dBであった。
次に、振動伝達骨格部品モデル特定ユニット１７（図１）により、車体メッシュモデル３１の振動エネルギー解析により、車体メッシュモデル３１における起振源３１ａからルーフパネルモデル３３に到るまでの振動伝達経路となる複数の振動伝達骨格部品モデルを選定し、該選定した複数の振動伝達骨格部品モデルのうちルーフパネルモデル３３の振動への寄与の大きい振動伝達骨格部品モデルを特定した。
振動エネルギー解析において車体メッシュモデル３１の起振源３１ａに与える振動条件は、0〜200Hzの車体上下方向の1Nの周期的荷重とした。図５に、振動エネルギー解析により求められた車体メッシュモデル３１の各メッシュにおける振動加速度の結果を示す。
この結果から、起振源３１ａからルーフパネルモデル３３に到るまでの振動伝達経路となる振動伝達骨格部品モデルとして、フロントサブフレームモデル４３（図３参照）、ロッカーモデル（図示なし）、Ａピラーモデル３７（図５参照）、Ｂピラーモデル３９（図５）、ルーフレールモデル３５（図５）を選定した。そして、図５に示すように選定した振動伝達骨格部品モデルのうち振動エネルギー（振動加速度）の値が大きいルーフレールモデル３５が、ルーフパネルモデル３３の振動騒音への寄与の大きい振動伝達骨格部品モデルとして特定された。
次に、振動伝達骨格部品モデルであるルーフレールモデル３５の板厚最適化解析を行った。
板厚最適化解析としては、ルーフレールモデル３５のメッシュごとに最適な板厚を求め、メッシュごとの板厚最適化解析条件として、目的関数及び制約条件を設定した。
目的関数は、ルーフパネルモデル３３の等価放射パワー（ＥＲＰ）の最小化、とした。
制約条件は、ルーフレールモデル３５の総重量（＝2.85kg）以下、とした。
図６に、メッシュごとの板厚最適化ユニット１９による板厚最適化として、ルーフレールモデル３５の板厚最適化によりルーフレール（LH側）モデル３５ａ及びルーフレール（RH側）モデル３５ｂのメッシュごとに最適化した板厚の分布の結果を示す。
そして、振動伝達骨格部品モデルの区分領域設定ユニット２１により、ルーフレールモデル３５のメッシュごとに求めた板厚に基づいてルーフレールモデル３５を板厚0〜0.75mm未満、0.75mm以上1.1mm未満、1.1mm以上1.5mm未満、1.5mm以上の実際の鋼板の各板厚を含む複数の領域に区分し、ルーフレールモデル３５の区分領域を設定した。
続いて、区分領域の板厚最適化ユニット２３により、設定した区分領域ごとの板厚最適化解析を行った。区分領域ごとの板厚最適化解析条件として、区分領域ごとの板厚最適化解析条件設定部２３ａにより、ルーフパネルの振動騒音の指標となるルーフパネルモデル３３の等価放射パワー（ＥＲＰ）の最小化を目的関数とし、ルーフレールモデル３５の総重量を所定重量（＝2.85kg）以下を制約条件とし、前述のメッシュごとの板厚最適化解析と同様に設定した。
また、区分領域ごとの板厚最適化解析条件設定部２３ａにより、振動伝達骨格部品モデルであるルーフレールモデル３５における各区分領域に設計変数として板厚を設定した。ここで、区分領域ごとの板厚最適化解析条件設定部２３ａにより設定した設計変数は、0.5mmから2.3mmの0.05mmピッチとした。
そして、区分領域の板厚最適化解析条件設定部２３ａにより設定された条件の下で、区分領域ごとの板厚最適化解析部２３ｂにより、各区分領域の最適な板厚を求めた。
図７に、本実施の形態に係る振動騒音低減解析方法及び解析装置により、図２に示すように車体左側のルーフレール（LH側）モデル３５ａと車体右側のルーフレール（RH側）モデル３５ｂの２つ部材からなるルーフレールモデル３５について、等価放射パワーが最小となるように求められたルーフレールモデル３５の区分領域とその最適化した板厚を求めた結果を示す。
車体幅方向における車体左側のルーフレール（LH側）モデル３５ａについては、Ａピラーモデル３７と接続する部位３５ａ１、Ｂピラーモデル３９が接続する部位３５ａ２、Ｂピラーモデル３９とＣピラーモデル４１との間の部位３５ａ３、Ｃピラーモデル４１が接続する部位３５ａ４の４つの区分領域とし、部位３５ａ１は板厚0.5mm、部位３５ａ２は板厚1.0mm、部位３５ａ３は板厚0.5mm、部位３５ａ４は板厚1.2mm、という結果が得られた。
一方、車体幅方向における車体右側のルーフレール（RH側）モデル３５ｂについては、Ｂピラーモデル３９に接続する部位３５ｂ２と、部位３５ｂ２よりも車体前後方向における前方側の部位３５ｂ１と後方側の部位３５ｂ３の３つの区分領域とし、部位３５ｂ１は板厚0.5mm、部位３５ｂ２は板厚1.2mm、部位３５ｂ３は板厚1.0mm、という結果が得られた。
本実施の形態に係る振動騒音低減解析方法及び解析装置によりルーフレールモデル３５の部品形状を区分領域とし、その板厚を最適化した場合、ルーフパネルモデルの等価放射パワーは26.9dBであり、ルーフレールモデル３５の板厚を一定（1.4mm）とした比較例における等価放射パワー29.9dBに比べて、3.0dB（約1割）振動騒音を低減することができた。
以上、本実施の形態に係る振動騒音低減解析方法及び解析装置によれば、自動車のパネル部品の振動騒音の原因となる振動伝達経路にある振動伝達骨格部品について、経験的かつ直感的に重量を増したり形状を大幅に変更することを要せずに、パネル部品の振動騒音を論理的かつ効率的に低減することができ、自動車の静粛性や商品価値の向上に寄与することができることが示された。
さらに、自動車の振動伝達経路にあるものとして選定された振動伝達骨格部品を複数の領域に区分し、その区分領域ごとに最適な板厚を求めることで、板厚の異なる区分領域に対応するテーラードブランク（ＴＷＢ）を用いて当該振動伝達骨格部品を容易にプレス成形により製造することが可能となる。
１ 振動騒音低減解析装置
３ 表示装置
５ 入力装置
７ 記憶装置
９ 作業用データメモリ
１１ 演算処理装置
１３ 車体メッシュモデル取得ユニット
１５ 振動騒音低減対象パネル部品モデルの特定周波数帯選定ユニット
１７ 振動伝達骨格部品モデル特定ユニット
１７ａ 振動エネルギー解析条件設定部
１７ｂ 振動エネルギー解析部
１７ｃ 振動伝達骨格部品モデル特定部
１９ メッシュごとの板厚最適化ユニット
１９ａ メッシュごとの板厚最適化解析条件設定部
１９ｂ メッシュごとの板厚最適化解析部
２１ 振動伝達骨格部品モデルの区分領域設定ユニット
２３ 区分領域ごとの板厚最適化ユニット
２３ａ 区分領域ごとの板厚最適化解析条件設定部
２３ｂ 区分領域ごとの板厚最適化解析部
２５ 振動伝達骨格部品の区分領域・最適板厚決定ユニット
３０ 車体メッシュモデルファイル
３１ 車体メッシュモデル
３１ａ 起振源
３３ ルーフパネルモデル
３５ ルーフレールモデル
３５ａ ルーフレール（LH側）モデル
３５ｂ ルーフレール（RH側）モデル
３７ Ａピラーモデル
３９ Ｂピラーモデル
４１ Ｃピラーモデル
４３ フロントサブフレームモデル
５１ 自動車
５３ エンジン
５５ タイヤ
５７ 骨格部品
５９ パネル部品

Claims (2)

  1. 自動車における起振源から振動伝達骨格部品を介してパネル部品に伝達する振動に起因する該パネル部品の振動騒音を低減する自動車のパネル部品の振動騒音低減解析方法であり、コンピュータが以下の各プロセスを行うものであって、
    車体メッシュモデル取得プロセスと、振動騒音低減対象パネル部品モデルの特定周波数帯選定プロセスと、振動伝達骨格部品モデル特定プロセスと、メッシュごとの板厚最適化プロセスと、振動伝達骨格部品モデルの区分領域設定プロセスと、区分領域ごとの板厚最適化プロセスと、振動伝達骨格部品の区分領域・最適板厚決定プロセスと、を備えてなり、
    前記車体メッシュモデル取得プロセスは、振動騒音の低減対象とする前記パネル部品と前記起振源からの振動を伝達する前記振動伝達骨格部品とのそれぞれをメッシュでモデル化した振動騒音低減対象パネル部品モデルと振動伝達骨格部品モデルとを備えるとともに、前記起振源が設定された車体メッシュモデルを取得し、
    前記振動騒音低減対象パネル部品モデルの特定周波数帯選定プロセスは、前記振動騒音の低減対象とするパネル部品の振動騒音の指標として前記振動騒音低減対象パネル部品モデルの等価放射パワー（ＥＲＰ）の周波数特性を求め、該求めた等価放射パワー（ＥＲＰ）の周波数特性から特定周波数帯を選定し、
    前記振動伝達骨格部品モデル特定プロセスは、前記振動伝達骨格部品モデル及び前記振動騒音低減対象パネル部品モデルにおける各メッシュの振動エネルギーを求め、前記振動伝達骨格部品モデルの中から、前記振動騒音低減対象パネル部品モデルの前記特定周波数帯における振動への寄与が大きい振動伝達骨格部品モデルを特定し、
    前記メッシュごとの板厚最適化プロセスは、目的関数として前記振動騒音低減対象パネル部品モデルの前記特定周波数帯における等価放射パワーの最小化を設定し、制約条件として前記特定した振動伝達骨格部品モデルの総重量の所定重量以下を設定し、設計変数として前記特定した振動伝達骨格部品モデルのメッシュの板厚を設定して該板厚を最適化する板厚最適化解析を行い、前記特定した振動伝達骨格部品モデルのメッシュごとの最適化された板厚を求め、
    前記振動伝達骨格部品モデルの区分領域設定プロセスは、前記メッシュごとの板厚最適化プロセスにおいて求めたメッシュごとの最適化された板厚に基づいて、前記特定した振動伝達骨格部品モデルを所定範囲の板厚ごとに集約して区分した区分領域を設定し、
    前記区分領域ごとの板厚最適化プロセスは、目的関数として前記振動騒音低減対象パネル部品モデルの前記特定周波数帯における等価放射パワーの最小化を設定し、制約条件として前記特定した振動伝達骨格部品モデルの総重量の所定重量以下を設定し、設計変数として前記特定した振動伝達骨格部品モデルの前記区分領域の板厚を設定して該板厚を最適化する板厚最適化解析を行い、前記特定した振動伝達骨格部品モデルの区分領域ごとの最適化された板厚を求め、
    前記振動伝達骨格部品の区分領域・最適板厚決定プロセスは、前記特定した振動伝達骨格部品モデルの区分領域と該区分領域ごとの最適化された板厚に基づいて、該特定した振動伝達骨格部品モデルに対応する前記振動伝達骨格部品の区分領域と該区分領域ごとの最適な板厚を決定する、ことを特徴とする自動車のパネル部品の振動騒音低減解析方法。
  2. 自動車における起振源から振動伝達骨格部品を介してパネル部品に伝達する振動に起因する該パネル部品の振動騒音を低減する自動車のパネル部品の振動騒音低減解析装置であって、
    車体メッシュモデル取得ユニットと、振動騒音低減対象パネル部品モデルの特定周波数帯選定ユニットと、振動伝達骨格部品モデル特定ユニットと、メッシュごとの板厚最適化ユニットと、振動伝達骨格部品モデルの区分領域設定ユニットと、区分領域ごとの板厚最適化ユニットと、振動伝達骨格部品の区分領域・最適板厚決定ユニットと、を備えてなり、
    前記車体メッシュモデル取得ユニットは、振動騒音の低減対象とする前記パネル部品と前記起振源からの振動を伝達する前記振動伝達骨格部品とのそれぞれをメッシュでモデル化した振動騒音低減対象パネル部品モデルと振動伝達骨格部品モデルとを備えるとともに、前記起振源が設定された車体メッシュモデルを取得し、
    前記振動騒音低減対象パネル部品モデルの特定周波数帯選定ユニットは、前記振動騒音の低減対象とするパネル部品の振動騒音の指標として前記振動騒音低減対象パネル部品モデルの等価放射パワー（ＥＲＰ）の周波数特性を求め、該求めた等価放射パワー（ＥＲＰ）の周波数特性から特定周波数帯を選定し、
    前記振動伝達骨格部品モデル特定ユニットは、前記振動伝達骨格部品モデル及び前記振動騒音低減対象パネル部品モデルにおける各メッシュの振動エネルギーを求め、前記振動伝達骨格部品モデルの中から、前記振動騒音低減対象パネル部品モデルの前記特定周波数帯における振動への寄与が大きい振動伝達骨格部品モデルを特定し、
    前記メッシュごとの板厚最適化プロセスは、目的関数として前記振動騒音低減対象パネル部品モデルの前記特定周波数帯における等価放射パワーの最小化を設定し、制約条件として前記特定した振動伝達骨格部品モデルの総重量の所定重量以下を設定し、設計変数として前記特定した振動伝達骨格部品モデルのメッシュの板厚を設定して該板厚を最適化する板厚最適化解析を行い、前記特定した振動伝達骨格部品モデルのメッシュごとの最適化された板厚を求め、
    前記振動伝達骨格部品モデルの区分領域設定ユニットは、前記メッシュごとの板厚最適化ユニットにより求められたメッシュごとの最適化された板厚に基づいて、前記特定した振動伝達骨格部品モデルを所定範囲の板厚ごとに集約して区分した区分領域を設定し、
    前記区分領域ごとの板厚最適化ユニットは、目的関数として前記振動騒音低減対象パネル部品モデルの前記特定周波数帯における等価放射パワーの最小化を設定し、制約条件として前記特定した振動伝達骨格部品モデルの総重量の所定重量以下を設定し、設計変数として前記特定した振動伝達骨格部品モデルの前記区分領域の板厚を設定して該板厚を最適化する板厚最適化解析を行い、前記特定した振動伝達骨格部品モデルの区分領域ごとの最適化された板厚を求め、
    前記振動伝達骨格部品の区分領域・最適板厚決定ユニットは、前記特定した振動伝達骨格部品モデルの区分領域と該区分領域ごとの最適化された板厚に基づいて、該特定した振動伝達骨格部品モデルに対応する前記振動伝達骨格部品の区分領域と該区分領域ごとの最適な板厚を決定する、ことを特徴とする自動車のパネル部品の振動騒音低減解析装置。
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