JPH03108070A - 線状物体のレイアウト解析ｃａｄシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、例えばブレーキホースのような線状物体を構
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
レイアウトを解析する線状物体のレイアウト解析ＣＡＤ
システムに関する。

（従来の技術） 例えば車両にはブレーキホース等を始めとして多種類の
線状物体が使用されている。これらの線状物体はレイア
ウト設計の際、車両各部との干渉の発生が問題となる。

とりわけ、ブレーキホースはホイールのバウンド、リバ
ウンド、ステア等により複雑な挙動を示すため、安全上
適切なレイアウトを求める必要がある。

このようなレイアウトを求めるための従来のレイアウト
検討用ＣＡＤシステムとしては、線状物体を取り付ける
構造物である回り部品の位置（座標）をＣＡＤデータと
して入力して、ＣＡＤ端末で表示する。レイアウト設計
者はＣＡＤ端末で表示されたレイアウト図面を基に線状
物体の取り付け位置を検討する。これは、ＣＡＤ端末で
線状物体を取り付ける空間の回り部品との位置関係をレ
イアウト画面から確認し、回り部品と線状物体が干渉し
ないと思われる空間の寸法を計って選び出し、取り付け
位置を決める。この決め方は設計者の経験によっている
。また、決定した取り付け位置で線状物体と回り部品と
の干渉が発生しないかどうかは実際の構造物に線状物体
を取り付け、寸法を測定して検討する。

（発明が解決しようとする課題） 上述した従来のレイアウト検討用ＣＡＤシステムにおい
ては、線状物体を取り付けた時の線状物体の力学的影響
を解析してレイアウトを検討できないため、線状物体を
実際に取り付けた時の形状は捩りや曲げ等による影響の
ために設計で予想した形状にならず、設計者が決定した
取り付け位置に線状物体を取り付けると回り部品と干渉
してしまうことがあり、取り付け位置の再検討を繰り返
し行わなければならないという問題がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたもので、その目的とす
るところは、線状物体を取り付けるときの力学的影響を
解析して取り付け形状を求め、線状物体と構造物とのレ
イアウトを精度よく効率的に検討できる線状物体のレイ
アウト解析ＣＡＤシステムを提供することにある。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するため、本発明の線状物体のレイアウ
ト解析ＣＡＤシステムは、第１図に示すように、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する線状物体のレイアウト解析
ＣＡＤシステムであって、線状物体を取り付ける構造物
の形状を含む情報を記憶している構造物用記憶手段１と
、線状物体の長さ、外径、内径、材料を含む情報を記憶
している線状物体用記憶手段３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５と、線状物体の
変位経路を分割する変位経路分割手段７と、該分割され
た変位経過にそって取り付け条件の量を除々に増加する
増加手段９と、所与の条件の量に応じて線状物体が有す
る情報により線状物体の形状を演算する演算手段１１と
、取り付け条件の目標量まで計算した形状を構造物の情
報に加えて表示する表示手段１３とを有することを要旨
とする。

（作用） 本発明の線状物体のレイアウト解析ＣＡＤシステムでは
、線状物体の情報と取り付け位置を入力して線状物体を
構造物に取り付けた時に線状物体に対する力学的影響を
解析し、取り付け形状を求め、座標変換して構造物の座
標に一致させ、構造物の位置を入力したＣＡＤデータと
合成してレイアウト図面として表示している。

（実施例） 以下、図面を用いて本発明の詳細な説明する。

第２図は本発明の一実施例に係わる線状物体のレイアウ
ト解析ＣＡＤシステムの構成を示すブロック図である。

同図に示すレイアウト解析ＣＡＤシステムは、例えばブ
レーキホース等の線状物体を取り付ける構造物である回
り部品の位置（座標）であるＣＡＤデータを記憶してい
るＣＡＤデータメモリ２１と、線状物体の長さ、外径、
内径、材料等の物性条件および取り付け位置、方向を入
力する入力装置２３と、線状物体の取り付け形状と線状
物体を取り付けた構造物の動作に伴う線状物体の形状変
化を解析するアナライザ２５と、このアナライザ２５の
解析結果を座標変換し、ＣＡＤデータメモリ２１からの
ＣＡＤデータと合成する合成装置２７と、前記アナライ
ザ２５によって解析され求められた線状物体の取り付け
形状と回り部品の位置を入力したＣＡＤデータメモリ２
１からのＣＡＤデータとを合成した結果をレイアウト図
面として表示する表示装置２９とから構成されている。

前記アナライザ２５は、取り付け時に線状物体に加えら
れる外力、取り付け後にこれを取り付けた回り部品の動
作により加えられる外力等のような線状物体の取り付け
形状を変化させる要因である力学的な影響を解析するた
めに設けられている。

数値解析方法は、有限要素法を使用して線状物体に加え
られる力学的影響を再現して取り付け形状を解析する手
法が使用される。なお、アナライザ２５としては線状物
体に加わる力学的影響を直接的に再現して形状を求める
以外に加えられる値から、線状物体の剛性などから歪エ
ネルギが最も安定な状態を収束計算で求める方法もある
。

また、アナライザ２５から出力される線状物体の取り付
け形状の解析結果を回り部品と一緒に表示装置２９にレ
イアウト図面として表示するために線状物体の取り付け
形状データと回り部品のＣＡＤデータとを座標変換して
合成する。線状物体の取り付け形状を求めるに当り加え
る外力の種類の組合せは無限にある。そこで取り付け形
状を求めるのに何らかの法則性を見いだす必要がある。

前記アナライザ２５で線状物体の取り付け形状を解析す
るに当り取り付け形状が変形経路に依存するか否かにつ
いて検討する。数種の変形経路を変えた計算を行い、変
形経路と取り付け形状との関係について検討する。なお
、取り付け形状は最終的に取り付けた時の形状であり、
変形経路は線状物体の一端を固定してから、他端を動か
して（すなわち、計算して）、最終的な取り付け形状に
もっていく時の経路である。そして、どのような変形経
路を辿ったとしても、取り付け形状は引張等によって決
まるものである。

取り付け作業時にブレーキホース等の線状物体に加えら
れる変位は引張および圧縮等の並行移動と曲げおよび捩
り等の回転である。曲げ変形は圧縮および捩り変形によ
り表現されるため、線状物体に並行移動による引張およ
び圧縮と回転による捩り変位の量と与え方を変化させた
場合の取り付け形状の比較を行う。

第３図はブレーキホース等である線状物体の取り付け位
置、方向を固定し、与える変位と、その大きさを変えて
解析したものである。経路Ａは回転による捩りを与えな
がら取り付け形状を求めたもので、線状物体に圧縮、引
張の変位を与えていない。経路Ｂは線状物体に並行移動
による引張、圧縮の変位を与えた後、回転による捩り変
位を与えている。捩り変位量は経路Ａ、Ｃと異なる。経
路Ｃは線状物体に並行移動で引張変位を加えた後、並行
移動と回転を同時に加え、圧縮を与えながら捩り変位を
与えている。捩り変位量は経路Ａのものと等しいが、回
転により加えられる捩り変位量は経路Ｂと等しくしてい
る。

取り付け形状は与えた捩り変位量が等しい経路Ａ、Ｃと
経路Ｂ、Ｄで一致が得られている。また、経路Ｂ、Ｄは
引張、圧縮、捩り変位の与え方が異なるが、取り付け形
状の一致を得ている。

これにより線状物体を取り回した時の捩り変位量が同じ
ならば、取り付け形状は引張、圧縮、捩り変位の与え方
、すなわち変形経路によらないということができる。ア
ナライザ２５はこの知見を考慮し、線状物体の取り付け
形状を求めている。

次に、線状物体のレイアウト検討用ＣＡＤシステムの処
理を第４図のフローチャートを参照して説明する。なお
、第５図には、本しイアウト解析ＣＡＤシステムによっ
てブレーキホースのレイアウトを検討したＣＡＤ画面の
一例が示されているが、このように本説明では、線状物
体の一例としてブレーキホース３１を使用し、このブレ
ーキホース３１に対してチューブ３３等が構造物として
示されている。

まず、表示装置２９に線状物体を取り付ける構造物であ
る回り部品の形状を表示するとともに、線状物体の取り
付け位置の座標、取り付け方向を人力する（ステップ１
１０）。この入力方法は、例えば表示装置２９の画面か
らライトペンでピックにより指定してもよいし、または
座標と取り付け方向（角度等）を直接入力してもよい。

なお、ブレーキホースの接続は位置決めされて接続され
るように工夫されているため、ステップ１１０のように
線状物体の座標と取り付け方向が決まれば捩り量は計算
で求めることができる。しかしながら、燃料ホース等で
位置決めされないものは接続時の捩り量をステップ１１
０で設定しておく必要がある。

それから、線状物体の長さ、外径、内径、要素分割数、
例えばゴム、鉄等の材料定数等の物性条件を入力データ
として与え、取り付け形状の計算に用いて、線状物体の
有限要素法モデルを作成する（ステップ１２０）。なお
、第６図はこのような線状物体の長さ、外径、内径、要
素分割数、材料定数等の物性条件の一例を示している。

上記入力データで作成されるモデルは、入力された要素
分割数から定義される座標を有する節点の集合を結び、
線状物体そのものを三次元でモデル化しても、線状物体
め中立軸上の座標を有する節点の集合を結び、梁モデル
を用いてもよい。梁要素を使用する場合は、入力データ
より梁の面積、断面二次モーメント、捩゛リーモーメン
トを求め、線状物体の特性を表す。

次に、ステップ１１０，１２０で入力された値から取り
付け位置での線状物体の取り付け形状を再現するため、
線状物体の一端を固定し、他端に変位量を加え、第７゛
図（ｃ）に示す三次元空間の変位経路を取り回し、変位
経路を計算する（ステップ１３０）。なお、第８図は変
位経路の一例を示している。

線状物体の取り付け形状の解析は非線形解析となるため
、変位量は分けて与える。変位量の形態は第７図（ｂ）
に示すような並進方向の移動と回転（捩り）になる。そ
こで、前述したように、線状物体の取り付け形状は捩り
変位量が同じならば、取り付け形状は等しくなるこ“と
を利用し、実際に線状物体を構造物に取り付ける際に加
えられる捩る量と等しくなるように与える捩り量を制御
する。

この制御を第７図（ａ）においてステップ２１０〜２８
０で示す。なお、本解析では、第９図に示すように変位
増分法を用い、不平衡量の収束計算にニュートンラブラ
ン法を用いた。非線形解析では不平衡量の許容量をどの
くらいにするかが解析時間と精度の収束速度に影響する
。ここでは、この値をブレーキホースの発生荷重の０．
１％とした。また、与えた増分変位で収束が得られない
場合、増分変位を１／４にして継続するように増分計算
の制御を行った。

ブレーキホースの取り付け作業では、変形経路によりホ
ースに一度に大きな変形を与える場合がある。これを解
析するには増分計算の増分変位を小さくする必要がある
が、計算時間の増加や、丸めの誤差の蓄積から解が求ま
らない恐れがある。

しかしながら、上述したホースを取り回した時の捩り変
形量が同じならば、取り付け形状は引張、圧縮、捩り変
形の与え方によらないことから、最終的な取り付け位置
までに与える回転による捩り変形の状態が実現象と等し
く、かつ−次に大きな変形を与えないように並行移動と
回転を分割して与えた。なお、ホースに与えられる捩り
量は設計段階で特定できる。また、この解析はホースに
与える変形を制御するプログラムを有限要素法プログラ
ムに組み込むことで行った。

前記ステップ１２０で作成したモデルにステップ１３０
で計算した変位経路を与えて有限要素法による計算を行
う（ステップ１４０）。

そして、線状物体の変形形状が得られ、この得られる値
は線状物体の初期形状から取り付けた形態までの節点の
三次元座標上の移動量である。そこで、この値を線状物
体の初期形状の節点の座標に加え、線状物体の座標系で
取り付け状態の形状を表し、この得られた線状物体の座
標系で表された線状物体の取り付け形状を、取り付けら
れる空間の座標に変換する（ステップ１５０）。

それから、前記変換により得られた線状物体の座標から
線状物体と回り部品の形状とを合成して表示装置２９に
表示し、これによりレイアウトの評価を行う（ステップ
１６０）。

なお、車両の種々の状態におけるブレーキホースの取り
付け形状を計算するために、ステップ１１０において例
えば車両が停止している（車輪は直進）状態における回
り部品の座標を入力したり、車両が走行してバウンド状
態における回り部品の座標を入力したり、またはステア
リングを切った状態における回り部品の座標を入力した
りする等のように条件を変えて、種々の状況によるブレ
ーキホースの取り付けを検討する。

以上のような処理の結果、ブレーキホースのレイアウト
を検討したＣＡＤ画面例が第５図に示すものである。ま
た、この場合の精度検証結果が第１０図に示されてる。

第１０図は横軸に解析値を取り、縦軸に実車測定値を取
って、フルパウンドおよびステア時のブレーキホースと
車両の主な部品との間の距離について実験値と解析値と
を比較した結果である。この解析では、加える捩り量が
同じであれば取り付け形状は変形経路によらないことを
考慮し、取り付け作業時、ブレーキホースに加えられる
捩り変位量を一致させるように配慮して解析を行った。

同図かられかるように、解析値は実験値に対し設計の許
容範囲を満足した実用上十分な精度で対応し、実用上十
分な精度を得ることができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、線状物体の情報
と取り付け位置を入力して線状物体を構造物に取り付け
た時に線状物体に対する力学的影響を解析し、取り付け
形状を求め、座標変換して構造物の座標に一致させ、構
造物の位置を人力したＣＡＤデータと合成してレイアウ
ト図面とじて表示しているので、表示されたレイアウト
図面から線状物体と構造物とのレイアウトを精度よく適
確に検討でき、従来のような実機によって実験で検討す
る工数を削減でき、効率化および経済化を図ることがで
きる。また、解析を行うアナライザとして有限要素法を
用いた場合には、線状物体にカバー等の付属物がついた
場合でもレイアウトの精度のよい解析が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のクレーム対応図、第２図は本発明の線
状物体のレイアウト解析ＣＡＤシステムの構成を示すブ
ロック図、第３図はブレーキホースの取り付け形状と変
形経路の関係を示す図、第４図は本発明の線状物体のレ
イアウト解析ＣＡＤシステムの作用を示すフローチャー
ト、第５図は第２図のレイアウト解析ＣＡＤシステムに
よってブレーキホースのレイアウトを検討したＣＡＤ画
面の一例を示す図、第６図は線状物体の長さ、外径、内
径、要素分割数、材料定数等の物性条件の一例を示す図
、第７図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ変位経路処
理を示すフローチャート、変位量の形態および変位経路
の取り回しを示す図、第８図は変位経路の一例を示す図
、第９図は増分計算における荷重と変位の関係および不
平衡量と変位の関係を示すグラフ、第１０図はブレーキ
ホースと車両各部との距離に関する解析値と実験値との
比較を示すグラフである。 ２１・・・ＣＡＤデータメモリ、 ２３・・・入力装置、 ２５働φ・アナライザ、 ２７・　・合成装置、 ２９・・・表示装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 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する線状物体のレイアウ
   ト解析ＣＡＤシステムであって、線状物体を取り付ける
   構造物の形状を含む情報を記憶している構造物用記憶手
   段と、線状物体の長さ、外径、内径、材料を含む情報を
   記憶している線状物体用記憶手段と、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
   変位経路を分割する変位経路分割手段と、該分割された
   変位経過にそって取り付け条件の量を除々に増加する増
   加手段と、所与の条件の量に応じて線状物体が有する情
   報により線状物体の形状を演算する演算手段と、取り付
   け条件の目標量まで計算した形状を構造物の情報に加え
   て表示する表示手段とを有することを特徴とする線状物
   体のレイアウト解析ＣＡＤシステム。