WO2023166830A1 - 自動車の車体骨格部品における荷重伝達構造の最適化解析方法、装置及びプログラム、自動車の車体骨格部品における荷重伝達部材の製造方法 - Google Patents

自動車の車体骨格部品における荷重伝達構造の最適化解析方法、装置及びプログラム、自動車の車体骨格部品における荷重伝達部材の製造方法 Download PDF

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optimization analysis
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Ｊｆｅスチール株式会社
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Definitions

  • the present invention is an optimal load transmission structure that distributes the crashworthiness load input to the body frame parts during an automobile collision and transmits it to multiple load bearing members.
  • the present invention relates to an optimization analysis method, apparatus and program for a load transfer structure in an automobile body frame part for obtaining a load transfer structure, and a method for manufacturing a load transfer member in an automobile body frame part.
  • the percentage of electric vehicles (battery powered vehicles) in global car sales is expected to increase rapidly in the future.
  • the features of the body structure of electric vehicles that differ greatly from conventional engine vehicles (gasoline engine cars) include the installation of a large-capacity battery and its protective structure.
  • the side impact test of automobiles is an item for evaluating occupant injuries in many car assessments. In the side collision test of electric vehicles, the collision load input to the vehicle from the pole is concentrated load, and the distance from the position where the pole collides to the battery is short. However, it can be said that it is a particularly severe crash test.
  • FIG. 8 shows a vehicle body 100 of an electric vehicle in which a battery 101 is installed in a battery case 103 comprising an upper battery case 103a and a lower battery case 103b.
  • the vehicle body 100 has side sills 105, floor cross members 107, and battery case fixing parts 109, as shown in FIG.
  • the side sill 105 serves as a crashworthiness energy absorption part (hereinafter also referred to as an EA part) that absorbs collision energy when the pole 200 collides from the outside in the width direction of the vehicle body and a collision load is input.
  • EA part crashworthiness energy absorption part
  • These multiple load-bearing parts are arranged so as to abut on the side sill 105, and provide a load transfer path for distributing the collision load input to the side sill from the collision load input portion of the side sill to the load-bearing parts.
  • a load transfer path for distributing the collision load input to the side sill from the collision load input portion of the side sill to the load-bearing parts.
  • This load transmission structure must be a high-strength structure that can sufficiently absorb the impact energy from the outside, while the load transmitted to the load-bearing parts (hereinafter referred to as "transferred load”) must be It must be less than the loading capacity of each load-bearing part. In order to satisfy this condition, it is important for the side sill 105 having a load-transmitting structure to properly distribute the transmitted load to each load-bearing component.
  • the restraining positions of the automotive body model and multiple input loads and their input positions are set as crashworthiness analysis conditions and set. It is possible to find the optimum shape of the body frame parts, etc., that achieves the target conditions with respect to a plurality of input loads. Examples of target conditions include minimum strain energy, minimum stress, and maximum absorbed energy.
  • target conditions include minimum strain energy, minimum stress, and maximum absorbed energy.
  • the combination of the constraint condition and the target condition shown in Patent Document 1 when a collision load is input to a vehicle body provided with a vehicle body frame part and a load-bearing part, a plurality of load-bearing parts are separated from the body frame part. The size and distribution of the load transmitted to are not guaranteed. In particular, in the vehicle body 100 of the electric vehicle shown in FIG.
  • the present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide an optimum load transmission structure for distributing the collision load input to the body frame parts at the time of an automobile collision and transmitting it to a plurality of load-bearing parts.
  • the object is to provide an optimization analysis method, apparatus, and program for a load transmission structure in an automobile body frame part, and a method for manufacturing a load transmission part in the automobile body frame part.
  • the load in the direction opposite to the input direction of the acting collision load (hereinafter referred to as reaction force) is the same magnitude even if the direction in which the load acts is opposite. , the total reaction force from each load-bearing part is equal to the collision load input to the body frame part.
  • the reaction force acting in the direction opposite to the input direction of the collision load from each load-bearing part is We paid attention to the point that it is also a load transmission structure that transmits the collision load in the opposite direction to the body frame parts that input it.
  • the magnitude and distribution of the load transmitted to each load-bearing part which should be guaranteed, is reinterpreted as the magnitude and distribution of the reaction force of each load-bearing part, and the sum of the reaction forces of each load-bearing part is input to the body frame parts.
  • Appropriately distributed reaction force is transmitted from each load-bearing part in the direction opposite to the input direction of the collision load to the body frame parts to which the collision load is applied.
  • the present invention is based on such findings, and specifically has the following configuration.
  • An optimization analysis method for a load transmission structure in a vehicle body frame part of an automobile distributes a collision load input to the vehicle body frame part at the time of a collision of an automobile comprising a vehicle body frame part and a plurality of load-bearing parts.
  • a computer performs the following steps to obtain an optimum load transmission structure for transmitting the load to the plurality of load-bearing parts, wherein the vehicle body frame part and the load-bearing part are planar elements (two-dimensional A vehicle body model acquisition step of acquiring a vehicle body model of all or part of the vehicle modeled with elements and/or three-dimensional elements, and the load transmission structure in the vehicle body model can be arranged A design space setting process for setting a region as a design space, and an optimization block model for generating an optimization block model that is modeled with three-dimensional elements in the set design space and performs optimization analysis processing.
  • the load is transmitted to each of the impact load input portion and the plurality of load-bearing parts to the portion to which the impact load is input in the vehicle body frame part of the optimized analysis model.
  • a load condition that is set as the reaction force of the collision load for each of them and is used as an input load to the optimization analysis model; a constraint condition that constrains the displacement of the collision load input part; and a predetermined objective function as the optimization analysis conditions for the optimization analysis in the optimization analysis step, and if the displacements of the plurality of load transmission parts are equal and an optimization analysis condition setting step for setting the constraints.
  • the volume constraint ratio of the optimization block model is set to a predetermined value within the range of 3% or more and 7% or less of the volume of the entire design space. It is preferable to set the following and perform optimization analysis using the densimetry of topology optimization in the optimization analysis step.
  • the vehicle body frame component is a side sill disposed on the side of the vehicle and extending in the longitudinal direction of the vehicle, and the load-bearing component is a battery that connects a battery case disposed under the vehicle to the side sill.
  • the car body model is used as the case fixing part and the floor cross member, and side collision analysis is performed in which the pole collides with the side sill from the outside in the car body width direction in the car body model.
  • the transmission load determination step preferably determines the collision load to be input to the vehicle body frame component and the transmission load to the load-bearing component.
  • a method for manufacturing a load transmission member in a vehicle body frame part according to the present invention uses the load transmission structure optimization analysis method for a vehicle body frame part according to the present invention to determine the structure of the load transmission member of the vehicle body frame part. determining the shape of the load transmission member based on the determined structure of the load transmission member; and manufacturing the load transmission member according to the determined shape.
  • An optimization analysis apparatus for a load transmission structure in a body frame part of an automobile distributes a collision load input to the body frame part in a collision test of an automobile comprising a body frame part and a plurality of load-bearing parts. and the load-bearing parts are modeled by planar elements and/or three-dimensional elements.
  • a vehicle body model acquisition unit that acquires a part of the vehicle body model, a design space setting unit that sets a design space in the area where the load transmission structure is arranged in the vehicle body model, and a three-dimensional element in the set design space an optimization block model generation unit that generates an optimization block model that is modeled in and performs analysis processing for optimizing the load transmission structure; and an optimization analysis that combines the generated optimization block model with the vehicle body model.
  • a combination processing unit that generates a model, an analysis condition setting unit that sets analysis conditions for performing the optimization analysis processing, and an optimization unit that determines the optimum structure of the optimization block model under the set analysis conditions.
  • an optimization analysis unit that performs an optimization analysis, wherein the analysis condition setting unit assigns a collision load input portion to a portion to which the collision load is input in the optimization analysis model, and applies a load to each of the plurality of load-bearing parts.
  • a collision load input part and a load transmission part setting unit for setting a load transmission part as a part to be transmitted in the optimization analysis model, and the optimization analysis model so that the load is equal to or less than the load capacity of each of the plurality of load bearing parts.
  • a load-bearing part transmission load determination unit that determines the transmission load at the load-transmitting part of each load-bearing part by allocating the collision load input to the load-bearing part, and a reaction force of the collision load for each of the plurality of load-transmitting parts
  • Load constraint condition setting for setting a load condition that sets the transmission load to each load-bearing part as an input load to the optimization analysis model, and a constraint condition that constrains the displacement of the collision load input part and an optimization analysis condition for setting, as optimization analysis conditions for the optimization analysis performed in the optimization analysis unit, a predetermined objective function and a constraint condition that the displacements of the plurality of load transmission parts are equal.
  • the optimization analysis condition setting unit further sets the volume constraint rate of the optimization block model as the constraint condition within a range of 3% or more and 7% or less of the entire design space, and the optimization analysis unit Optimization analysis using the density method of topology optimization should be performed.
  • An optimization analysis program for a load transmission structure in a body frame part of an automobile distributes a collision load input to the body frame part in a collision test of an automobile comprising the body frame part and a plurality of load-bearing parts. and the load-bearing parts are modeled by plane elements and/or three-dimensional elements.
  • a vehicle body model acquisition unit that acquires a vehicle body model of all or part of an automobile, a design space setting unit that sets a design space in an area of the vehicle body model in which the load transmission structure is arranged, and the set design space.
  • an optimization block model generation unit that generates an optimization block model that is modeled with three-dimensional elements and performs analysis processing for optimizing the load transmission structure;
  • a coupling processing unit that generates an optimization analysis model, an analysis condition setting unit that sets analysis conditions for performing the optimization analysis processing, and an optimal structure of the optimization block model under the set analysis conditions. and a function to be executed as an optimization analysis unit that performs an optimization analysis for obtaining the
  • a collision load input part and load transmission part setting unit that sets a load transmission part as a part that transmits a load to each of the load parts in the optimization analysis model, and a load that is equal to or less than the withstand load of each of the plurality of load bearing parts.
  • a load-bearing part transmission load determining unit that determines the transmission load at the load-transmitting part of each of the load-bearing parts by distributing the collision load input to the optimization analysis model as follows; a load condition that sets the transmission load to each of the load-bearing parts as the reaction force of the collision load and is used as the input load to the optimized analysis model; a constraint condition that restrains the displacement of the collision load input part; a load constraint condition setting unit that sets a predetermined objective function as optimization analysis conditions for the optimization analysis performed in the optimization analysis unit; function as an optimization analysis condition setting unit that sets the
  • the optimization analysis condition setting unit further sets the volume constraint rate of the optimization block model as the constraint condition within a range of 3% or more and 7% or less of the entire design space, and the optimization analysis unit Optimization analysis using the density method of topology optimization should be performed.
  • a load condition in which a transmission load equal to or less than the withstand load of each load-bearing part is input as a reaction force of a collision load to a plurality of load-transmitting parts of a vehicle body frame part, and a collision load input part of the vehicle body frame part.
  • a constraint condition that constrains the displacement and a constraint condition that equalizes the displacements of a plurality of load transmission parts are set as analysis conditions, and an optimization analysis is performed to find the optimum load transmission structure.
  • the optimum load transmission structure is determined using the above optimization analysis, the shape of the load transmission member is determined based on the determined optimum load transmission structure, and the determined shape of the load transmission member A load transmission member is manufactured according to As a result, it is possible to manufacture a load transmission member capable of appropriately distributing the load transmitted from the vehicle body frame component to the plurality of load-bearing components.
  • FIG. 1 is a block diagram of an optimization analysis apparatus for a load transmission structure in a vehicle body frame part of an automobile according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram showing a design space set for a vehicle body model and an optimized block model generated in the design space in Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating load conditions and constraint conditions set in the optimization analysis model as invention examples in Embodiment 1 and Example of the present invention ((a) Perspective view (vehicle interior), ( b) Perspective view (vehicle exterior)).
  • FIG. 4A and 4B are diagrams showing an optimum structure of a load transmission structure in a side sill as an invention example in Embodiment 1 and Example of the present invention ((a) perspective view, (b) cross-sectional view).
  • FIG. 5 is a flowchart showing the flow of processing of the optimization analysis method for the load transmission structure in the vehicle body frame part of the automobile according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining load conditions and restraint conditions set in the optimization analysis model as a comparative example in the embodiment ((a) perspective view (vehicle interior), (b) perspective view (vehicle exterior) ).
  • FIG. 5 is a flowchart showing the flow of processing of the optimization analysis method for the load transmission structure in the vehicle body frame part of the automobile according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining load conditions and restraint conditions set in the optimization analysis model as a comparative example in the embodiment ((a) perspective view (ve
  • FIG. 7 is a diagram showing a comparative example of the optimum structure of the load transmission structure in the side sill in the example ((a) perspective view, (b) cross-sectional view).
  • FIG. 8 is a diagram showing an example of a vehicle body of an electric vehicle.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating a side impact test in which the pole collides with the vehicle body from the outside in the width direction of the vehicle body.
  • the body of an automobile which is the object of the present invention, will be described.
  • the X direction, the Y direction and the Z direction indicate the longitudinal direction of the vehicle body, the width direction of the vehicle body and the vertical direction of the vehicle body, respectively.
  • the present invention is directed to a vehicle body 100 including side sills 105, which are vehicle body frame parts, floor cross members 107, which are load-bearing parts, and battery case fixing parts 109.
  • the body frame parts are the body parts that make up the body frame.
  • the side sills 105 are vehicle body frame parts that are arranged on both sides in the width direction of the vehicle body so as to extend in the longitudinal direction of the vehicle body. As shown in FIG. 9, upper end portions and lower end portions of a side sill inner 105a and a side sill outer 105b having a hat cross-sectional shape are joined to each other so that the opening sides face each other to form a closed cross-sectional space.
  • the load-bearing parts are parts that are not allowed to deform in order to prevent the collision load input to the vehicle body from being input to other vehicle body parts as they are.
  • the battery case 103 is fixed by connecting two floor cross members 107a and 107b arranged in the longitudinal direction of the vehicle body and abutting on the side sill inner 105a to the lower part of the battery case 103 (battery case lower 103b) and the side sill inner 105a.
  • a battery case fixing component 109 used for the battery case is provided.
  • the side sill 105, the floor cross member 107, and the battery case fixing part 109 are modeled using planar elements and/or three-dimensional elements, and modeled element information and the like are stored in the vehicle body model file 31 (see FIG. 1) described later. You can store it.
  • load transmission structure optimization analysis method the optimization analysis method, apparatus, and program for the load transmission structure in the vehicle body frame part of the automobile according to the present invention
  • load transmission structure optimization analysis method the optimization analysis method, apparatus, and program for the load transmission structure in the vehicle body frame part of the automobile according to the present invention
  • a load transmission structure optimization analysis device 1 distributes a collision load input to a vehicle body frame part at the time of a collision of an automobile comprising a vehicle body frame part and a plurality of load-bearing parts, and divides the load into a plurality of load-bearing parts. It seeks the optimum load transmission structure to transmit to the load-bearing parts.
  • the load transfer structure optimization analysis device 1 is configured by a PC (personal computer) or the like, and includes a display device 3, an input device 5, and a memory storage device.
  • the display device 3, the input device 5, the storage device 7, and the working data memory 9 are connected to the arithmetic processing section 11, and their respective functions are executed by commands from the arithmetic processing section 11.
  • FIG. Hereinafter, each configuration of the load transmission structure optimization analysis device 1 according to the present embodiment will be described.
  • the display device 3 is used to display analysis results, etc., and is composed of a liquid crystal monitor (LCD monitor) or the like.
  • the input device 5 is used for instructing display of the vehicle body model file 31 and inputting conditions by the operator, and is composed of a keyboard, a mouse, and the like.
  • the storage device 7 is used for storing various files such as the vehicle body model file 31, and is composed of a hard disk or the like.
  • the working data memory 9 is used for temporary storage and calculation of data used by the arithmetic processing unit 11, and is composed of a RAM (Random Access Memory) or the like.
  • the arithmetic processing unit 11 includes a vehicle body model acquiring unit 13, a design space setting unit 15, an optimized block model generating unit 17, a coupling processing unit 19, an analysis condition setting unit 21, an optimal It has a transformation analysis unit 23 and is configured by a CPU (central processing unit) such as a PC.
  • a CPU central processing unit
  • Each of these units functions when the CPU executes a predetermined program. Functions of the above-described units in the arithmetic processing unit 11 will be described below.
  • the vehicle body model acquisition unit 13 acquires a vehicle body model of all or part of an automobile in which the vehicle body frame parts and load-bearing parts are modeled by plane elements and/or three-dimensional elements.
  • the vehicle body model acquiring unit 13 includes a side sill 105 that is a vehicle body frame component, a floor cross member 107 that is a load bearing component, and a battery case fixing component 109 as plane elements.
  • a body model 110 of a portion of a modeled automobile is obtained.
  • the design space setting unit 15 sets an area in which the load transmission structure can be arranged in the vehicle body model as a design space.
  • the design space setting unit 15 defines a region in the vehicle body model 110 in which the load transmission structure can be arranged, as shown in FIG. A design space 111 is set up.
  • the optimization block model generation unit 17 generates an optimization block model that is modeled with three-dimensional elements in the design space set by the design space setting unit 15 and subjected to optimization analysis processing.
  • the optimized block model generating section 17 generates an optimized block model 113 in the design space 111 set by the design space setting section 15, as shown in FIG.
  • the combination processing unit 19 combines the optimized block model generated by the optimized block model generation unit 17 with the vehicle body model to generate an optimized analysis model.
  • the coupling processing unit 19 couples the optimization block model 113 to the side sill 105 in the vehicle body model 110 (see FIG. 9) to generate the optimization analysis model 120.
  • FIG. 1 In the optimization analysis model 120 shown in FIG. 2, the display of the floor cross member 107 and the battery case fixing part 109, which are load-bearing parts, is omitted.
  • the analysis condition setting unit 21 sets analysis conditions for optimization analysis processing, and as shown in FIG. It has a section 21b, a load constraint condition setting section 21c, and an optimization analysis condition setting section 21d.
  • the collision load input part and load transmission part setting unit 21a selects a collision load input part to which a collision load is input in the vehicle body frame part of the optimization analysis model, and a vehicle body frame part that transmits the load to each of a plurality of load-bearing parts.
  • a plurality of load transmission parts are set in the part in.
  • a side collision in which the pole 200 collides with the side sill 105 on the outside in the vehicle width direction is targeted. Therefore, as shown in FIG.
  • the collision load input part and load transmission part setting unit 21a sets the collision load input part 121 to the part to which the collision load is input in the side sill 105 of the optimization analysis model 120, and the load resistance from the side sill 105.
  • a plurality of (three) load transmission portions 123 are set at portions where the load is transmitted to the floor cross member 107 and the battery case fixing member 109 which are load components.
  • the load-bearing part transmission load determining unit 21b distributes the collision load to be input to the optimization analysis model below the load-bearing load of a plurality of load-bearing parts, and determines the transmission load to the load-bearing parts at each load-transmitting part. be.
  • the transmission load should be determined by the placement and strength of each load-bearing part. What is important in determining the transmitted load is not its absolute value but its distribution, and the sum of the transmitted loads set to a plurality of load transmitting parts is distributed so as to be equal to the collision load input to the vehicle body frame parts. Further, the collision load to be input to the vehicle body frame part can be set as appropriate, but it is preferable to obtain the collision load by performing a collision analysis for the side collision test shown in FIG. 9, for example.
  • load-bearing part transmission load determination unit 21b distributes the collision load input to optimization analysis model 120 to the load-bearing load of floor cross member 107 and battery case fixing part 109 or less. Then, the transmission load at the load transmission portions 123a and 123b that transmit the load to the two floor cross members 107 is determined to be 200 kN, and the transmission load at the load transmission portion 123c of the battery case fixing member 109 is determined to be 300 kN.
  • the load constraint condition setting section 21c sets the transmission load to the load-bearing parts determined by the load-bearing part transmission load determination section 21b as the reaction force of the collision load for each of the load-bearing parts, and adds the load to the optimized analysis model. and a constraint condition that constrains the displacement of the collision load input portion.
  • the load constraint condition setting unit 21c impinges the transmission loads (200 kN, 200 kN and 300 kN) to the floor cross member 107 and the battery case fixing part 109 against the load transmission parts 123a, 123b and 123c.
  • a load condition that is set as a reaction force of the load (700 kN) to be an input load to the optimization analysis model 120 and a constraint condition that restricts the displacement of the collision load input portion 121 are set.
  • Setting the transmission load as a reaction force of the collision load to the load transmission portion means setting the transmission load to act on the load transmission portion in a direction opposite to the input direction of the collision load.
  • the optimization analysis condition setting unit 21d sets, as optimization analysis conditions for optimization analysis, a predetermined objective function and a constraint condition that the displacements of a plurality of load transmission parts are equal.
  • the objective function is set according to the optimization objective. For example, mass minimization, compliance minimization (stiffness maximization), displacement minimization displacement minimization, etc.
  • the minimization of the displacement of the load transmitting portion 123 is set as the objective function.
  • Constraints on the other hand, impose some restrictions on optimization, and in the present invention, as described above, the displacements of multiple load transmission parts are assumed to be equal. Multiple constraints can be set. Then, the volume constraint rate of the optimized block model (the ratio of the volume of the optimized block model remaining after the optimization process to the volume of the design space) is set to a predetermined value within the range of 3% to 7% of the volume of the entire design space. It is preferable to further set a constraint condition that is equal to or less than the value of .
  • the optimization analysis unit 23 is a step of performing optimization analysis for obtaining the optimum structure of the optimized block model under the analysis conditions set by the analysis condition setting unit 21 .
  • the optimization analysis unit 23 causes the optimization analysis model 120 generated by the combination processing unit 19 to combine the optimization block model 113 and the vehicle body model 110 into Under the set load conditions, constraint conditions, and optimization analysis conditions (objective function, constraint conditions), optimization analysis is performed with the optimization block model 113 as the analysis target for optimization, and the optimization of the optimization block model 113 is performed. structure. Then, the optimum structure of the optimized block model 113 is obtained as the optimum load transmission structure for transmitting the load to the plurality of load-bearing parts.
  • topology optimization can be applied to the optimization analysis by the optimization analysis unit 23. Then, if there are many intermediate densities when using the density method in topology optimization, it is preferable to discretize by giving a penalty coefficient as an optimized parameter. Note that the value of the penalty coefficient can be set as appropriate.
  • FIG. 4 shows the result of obtaining the optimum structure 125 of the optimized block model 113 by applying topology optimization to the optimization analysis unit 23 in this embodiment.
  • the floor cross member 107 and the battery case fixing part 109 are omitted.
  • the optimal structure 125 of the optimization block model 113 is configured so that the optimization block model 113 satisfies the analysis conditions (load condition, constraint condition, objective function, constraint condition) set by the analysis condition setting unit 21. Constituent three-dimensional elements are found by remaining and disappearing.
  • the optimization analysis unit 23 may perform topology optimization as described above, or may perform optimization analysis using another calculation method. Also, as the optimization analysis unit 23, for example, commercially available analysis software using the finite element method can be used.
  • a structural optimization analysis method distributes a collision load input to a vehicle body frame part and a plurality of load-bearing parts to a plurality of load-bearing parts when a vehicle crashes.
  • the optimum load transmission structure to be transmitted to the load component is obtained by the computer performing the following steps.
  • the structural optimization analysis method includes, as shown in FIG. and an optimization analysis step S11. Each of the above steps will be described below with reference to the vehicle body 100 of the electric vehicle shown in FIG.
  • the vehicle body model acquisition step S1 is a process of acquiring a vehicle body model of all or part of an automobile in which the vehicle body frame parts and load-bearing parts are modeled by plane elements and/or three-dimensional elements.
  • the vehicle body model acquisition unit 13 of the load transmission structure optimization analysis device 1 acquires the side sill 105, which is a vehicle body frame component, the floor cross member 107, which is a load bearing component, and the battery case.
  • a vehicle body model 110 of a part of an electric vehicle modeled by a plane element is obtained.
  • the design space setting step S3 is a step of setting an area in the vehicle body model in which the load transmission structure can be arranged as a design space.
  • the design space setting unit 15 of the load transmission structure optimization analysis device 1 can arrange the load transmission members in the vehicle body model 110 as shown in FIGS.
  • the optimized block model generating step S5 is a step of generating an optimized block model modeled with three-dimensional elements in the design space set in the design space setting step S3 and subjected to optimization analysis processing.
  • the optimization block model generation unit 17 of the load transmission structure optimization analysis device 1 creates a model between the side sill inner 105a and the side sill outer 105b as shown in FIG.
  • An optimized block model 113 is generated in the design space 111 set to .
  • the coupling processing step S7 is a step of coupling the optimized block model generated in the optimized block model generation step S5 to the vehicle body model to generate an optimized analysis model.
  • the coupling processing unit 19 of the load transfer structure optimization analysis apparatus 1 couples the optimization block model 113 to the vehicle body model 110 to generate the optimization analysis model 120.
  • the analysis condition setting step S9 is for setting analysis conditions for the optimization analysis process. As shown in FIG. It includes a step S9b, a load constraint condition setting step S9c, and an optimization analysis condition setting step S9d.
  • the collision load input part and load transmission part setting step S9a is a car body frame part that transmits the load to each of the collision load input parts and the load-bearing parts, which are the parts to which the collision load is input in the car body frame part of the optimized analysis model.
  • a load transmission part is set to the part in .
  • the object is a side collision in which the pole 200 collides with the side sill 105 on the outside in the vehicle width direction. Therefore, as shown in FIG.
  • a collision load input portion 121 is added to the portion of the side sill 105 of the optimization analysis model 120 to which the collision load is input, and from the side sill 105, the floor cross member 107 as a load-bearing component and the battery case fixing component
  • Load transmission portions 123a, 123b, and 123c are set as portions to which the load is transmitted to 109.
  • the collision load input portion 121 in the side sill 105, and the load transmission portions 123a, 123b, and 123c to the floor cross member 107 and the battery case fixing part 109 are, as shown in FIG. It is preferable to perform a side collision analysis in which the pole 200 collides with the side sill 105 from the outside of the vehicle body model 110 in the vehicle width direction, and set based on the result of the side collision analysis.
  • the load-bearing parts transmission load determination step S9b distributes the collision load to be input to the optimization analysis model to a load below the load-bearing load of a plurality of load-bearing parts, and determines the transmission load to the load-bearing parts at each load-transmitting part. be.
  • the transmission load should be determined by the placement and strength of each load-bearing part. Furthermore, the sum of the transmission loads set to the plurality of load transmission portions is distributed so as to be equal to the collision load input to the vehicle body frame component.
  • the load-bearing part transmission load determination unit 21b of the load transmission structure optimization analysis device 1 determines the side sill 105 in the optimization analysis model 120 as shown in FIG.
  • the impact load (700 kN) input to the is distributed below the withstand load of the floor cross member 107 and the battery case fixing part 109, and the transmission load (each 200 kN) at the load transmission parts 123a and 123b of the floor cross member 107 and the battery case fixing
  • a transmission load (300 kN) at the load transmission portion 123c of the part 109 is determined.
  • the collision load to be input to the side sill 105 and the transmission load to the floor cross member 107 and the battery case fixing part 109 are obtained by the side collision analysis of the vehicle body model 110 as shown in FIG. and determined based on the results of the side impact analysis.
  • the load to be transmitted to the load-bearing parts determined in the load-bearing part transmission load determination step S9b is set as the reaction force of the collision load for each of the load-bearing parts, and is added to the optimized analysis model. and a constraint condition that constrains the displacement of the collision load input portion.
  • the load constraint condition setting unit 21c of the load transmission structure optimization analysis device 1 sets the load to the floor cross member 107 and the battery case fixing part 109 as shown in FIG. a load condition in which the transmission loads (200 kN, 200 kN, and 300 kN) are set as reaction forces of the collision loads (700 kN) to the load transmission portions 123a, 123b, and 123c, respectively, and are input to the optimization analysis model 120; and a constraint condition that constrains the displacement of the collision load input portion 121 is set.
  • the optimization analysis condition setting step S9d sets, as optimization analysis conditions for the optimization analysis, a predetermined objective function and a constraint condition that the displacements of the plurality of load transmission parts are equal.
  • the optimization analysis condition setting unit 21d of the load transmission structure optimization analysis device 1 sets, as the optimization analysis condition, the objective function for minimizing the displacement of the load transmission part and a constraint that the displacements of the plurality of load transmission portions 123a, 123b, and 123c are equal.
  • a plurality of constraint conditions can be set in the optimization analysis condition setting step S9d. Furthermore, as a constraint condition, the volume constraint rate of the optimization block model (ratio of the volume of the optimization block model remaining after the optimization process to the volume of the design space) should be 3% or more and 7% or less of the volume of the entire design space. It is preferable to set within the range. Therefore, in the present embodiment, in addition to the constraint that the displacements of the load transmission parts 123a, 123b, and 123c are equal, the volume constraint rate of the optimization block model 113 is set to 5% of the volume of the entire design space 111. Set constraints.
  • the optimization analysis step S11 is a step of performing an optimization analysis for obtaining the optimum structure of the optimized block model under the analysis conditions set in the analysis condition setting step S9.
  • the optimization analysis unit 23 of the load transmission structure optimization analysis device 1 sets the analysis conditions (load Under the conditions and constraints and optimization analysis conditions (objective function, constraint conditions), optimization analysis is performed with the optimization block model 113 as the optimization analysis target, and as shown in FIG. 4, the optimization block model Find the optimal structure 125 of 113 . Then, the optimum structure 125 of the optimized block model 113 is obtained as the optimum load transmission structure of the side sill 105 that transmits the load to the multiple load-bearing parts.
  • topology optimization can be applied to the optimization analysis in the optimization analysis step S11.
  • the density method is used in topology optimization and there are many intermediate densities, it is preferable to discretize by giving a penalty coefficient as an optimization parameter.
  • the value of the penalty coefficient can be set appropriately.
  • the optimal structure 125 of the optimized block model 113 is such that solid elements constituting the optimized block model remain and It is obtained by erasing.
  • the optimization analysis step S11 may perform topology optimization as described above, or may be optimization analysis using another calculation method.
  • optimization analysis in the optimization analysis step for example, commercially available analysis software using the finite element method can also be used.
  • the present embodiment 1 is a load transmission structure optimization analysis device 1 (Fig. It can be configured as a load transmission structure optimization analysis program that causes each part in the arithmetic processing part 11 of 1) to function.
  • a load transmission structure optimization analysis program divides a collision load input to a vehicle body frame part and a plurality of load-bearing parts into a plurality of load-bearing parts when a vehicle crashes.
  • the object is to find an optimum load transmission structure for transmitting the load to the load-bearing parts of the above.
  • the load transmission structure optimization analysis program comprises a computer, like the arithmetic processing unit 11 shown in FIG. 19, an analysis condition setting unit 21, and an optimization analysis unit 23.
  • the load transmission structure optimization analysis program includes an analysis condition setting unit 21, a collision load input part and load transmission part setting unit 21a, a load-bearing part transmission load determination unit 21b, a load constraint condition setting unit 21c, an optimum It functions as a chemical analysis condition setting unit 21d.
  • the collision load input to the vehicle body frame part is distributed to the transmission load that is equal to or less than the withstand load of the plurality of load-bearing parts, and the distributed transmission We set the load condition that the load is input to the body frame parts as a reaction force of the collision load, and the constraint condition that restricts the displacement of the part where the collision load is input to the body frame parts, and optimize the load transmission structure. conversion processing.
  • the collision load input to the body frame parts can be distributed and transmitted to loads below the load-bearing load of the load-bearing parts.
  • the deformation of the battery case 103 can be prevented even in the event of a side collision of an electric vehicle having a vehicle body 100 in which the battery 101 is housed in the battery case 103. can be protected.
  • the embodiment according to the present invention described above is a battery case of an electric vehicle including a cabin space inside the vehicle and a battery-equipped BEV (Battery Electronic Vehicle) or PHV (Plug-in Hybrid Vehicle) at the time of a side collision.
  • BEV Battery Electronic Vehicle
  • PHV Plug-in Hybrid Vehicle
  • the present invention is not limited to the case of protecting the battery case in the event of a side collision of an electric vehicle, and may be intended for other forms of collision, vehicle body frame parts, and load-bearing parts.
  • the car body frame parts that are the target of car body structure design that takes into consideration the distribution of transmitted loads are the front side members in front collisions, and the small overlap frontal collisions. ) includes the front pillar lower.
  • the collision load is input to the front side members via the bumper reinforcement, transmitted to the crash box and front side members, and then from the front side members to the dash panel and The load is distributed to the side sills.
  • the dash panel or side sills are load-bearing parts that are not allowed to deform in order to protect the cabin space in the event of a frontal collision.
  • the collision load input to the front pillar lower through the front side members and tires is distributed from the front pillar lower to the side sills and front pillar upper (front pillar upper). be.
  • the side sills and front pillar uppers are deformed, there is a danger that they will enter the cabin space and injure the occupants. Therefore, in order to protect the cabin space in the event of a small overlap collision, the side sills and front pillar uppers are load-bearing parts that are not allowed to deform.
  • the load-bearing parts to which the load is to be transmitted have a load-bearing capacity that must not be exceeded. Is required.
  • the present invention can also be applied to a stiffening member that stiffens a vehicle body frame part, and the structure of the stiffening member of the vehicle body frame part takes into consideration the distribution of the transmitted load to the load-bearing parts of the vehicle body. It is possible to obtain design guidelines for shapes and shapes.
  • the above description is based on the description of a portion of the vehicle body of an automobile that includes side sills 105, which are vehicle body frame components, floor cross members 107, which are load-bearing components, and battery case fixing components 109, as illustrated in FIG.
  • side sills 105 which are vehicle body frame components
  • floor cross members 107 which are load-bearing components
  • battery case fixing components 109 battery case fixing components
  • the present invention manufactures a load transmission member for the vehicle body frame parts based on the found load transmission structure. It can be configured as a method. That is, in the method for manufacturing a load transmission member in a vehicle body frame part of an automobile according to Embodiment 2 of the present invention, the load transmission structure of the vehicle body frame part according to Embodiment 1 is optimized using the vehicle body. The structure of the load transmission member of the frame part is determined, and the load transmission member is manufactured based on the determined structure of the load transmission member.
  • the optimum structure 125 shown in FIG. determines the shape of the load transmission member based on Then, the load transmission member is designed and manufactured according to the determined shape of the load transmission member.
  • the optimum structure 125 required It is sufficient to design the shape so that the ridge line section of the sheet metal member is aligned with the columnar parts (for example, 125a, 125b, 125c in FIG. 4 described later) that can be seen inside, and the optimum structure ) 125, it is desirable to adjust the strength of the ridgeline portion of the sheet metal member according to the thickness of each columnar portion.
  • the strength of the ridge is adjusted by changing the thickness and material strength of the sheet metal member.
  • load transmission members can be used with the shape of the optimum structure 125 as it is. The maximum effect is obtained by manufacturing.
  • the collision load input to the body frame parts can be distributed and transmitted to a load that is less than the load capacity of multiple load-bearing parts. Space can be protected.
  • the side impact analysis shown in FIG. 9 was performed, and the impact load input portion and the impact load on the side sill 105 were determined as shown in FIG.
  • the side impact analysis it was assumed that a pole with a diameter of 250 mm collided with the side of the side sill 105 and the middle position between the two floor cross members 107 .
  • the vehicle body model 110 was acquired as the analysis target for the optimization analysis of the load transmission structure of the vehicle body frame parts.
  • the vehicle body model 110 is formed by modeling the side sill 105, which is a vehicle body frame component, and the floor cross member 107 and the battery case fixing component 109, which are load bearing components, using planar elements.
  • a design space 111 was set in the closed cross-sectional space between the side sill inner 105a and the side sill outer 105b as a region in which the load transmission structure in the vehicle body model 110 can be arranged.
  • an optimization block model 113 to be subjected to optimization analysis processing was generated, and the optimization block model 113 was combined with the vehicle body model 110 to generate an optimization analysis model 120.
  • the collision load input portion 121 is the portion where the pole 200 contacts the side sill 105 in the side collision analysis.
  • the load transmission parts 123 are the parts (123a and 123b) where the side sill 105 and the floor cross member 107 are connected, and the part where the side sill 105 and the battery case fixing part 109 are connected. (123c).
  • the transmission load transmitted from the side sill 105 to the floor cross member 107 and the battery case fixing part 109 was determined.
  • the transmission load at the load transmission portion 123c where the load is transmitted was determined to be 300 kN.
  • the transmission loads (200 kN, 200 kN and 300 kN) to the floor cross member 107 and the battery case fixing parts 109 are applied to the load transmission portions 123a, 123b and 123c, respectively. and a constraint condition for restricting the displacement of the collision load input portion 121 are set.
  • the optimization processing of the optimization block model was performed, and the optimum structure of the optimization block model was obtained as the optimum load transmission structure.
  • the objective function that minimizes the displacement of the collision load input part 121 and the constraint condition that the volume constraint rate of the optimized block model is 5% or less of the volume of the entire design space. set.
  • FIG. 4 shows the optimal structure 125 of the optimized block model obtained as an invention example. Furthermore, FIG. 7 shows the optimum structure 127 of the optimized block model obtained as a comparative example.
  • the optimal structure 125 of the optimized block model in the example of the invention includes a portion 125a extending from the upper portion of the side sill outer 105b to the load transmission portions 123a and 123b to the floor cross member 107, and the battery case fixing parts from the lower portion of the side sill outer 105b.
  • the structure has a portion 125c connecting the portions 125a and 125b.
  • the optimum structure 127 of the optimized block model in the comparative example includes a portion 127a extending from the upper portion of the side sill outer 105b to load transmission portions 123a and 123b to the floor cross member 107, and a battery case extending from the lower portion of the side sill outer 105b.
  • the structure has a portion 127b extending to a load transmission portion 123c to the fixed component 109, the portion connecting the portions 127a and 127b seen in the optimal structure 125 of the invention example is not obtained. I didn't. From this, it can be considered that the portion 125c in the optimal structure 125 of the invention example functions to equally minimize the displacements of the three load transmission portions 123a, 123b and 123c.
  • a load transmission test was conducted using the side sill 105 shown in FIG.
  • the optimum structure 125 (invention example) or the optimum structure 127 (comparative example) of the optimized block model was arranged inside the side sill 105, and a load of 700 kN was applied to the collision load input part 121.
  • the transmitted loads at the load transmitting portions 123a and 123b to the floor cross member 107 of the book and the load transmitting portion 123c to the battery case fixing part 109 were obtained.
  • Table 1 shows an analysis of the transmitted load at the load transmission portions 123a, 123b and 123 of the side sill 105 in which the optimized structure 125 of the optimized block model according to the invention example or the optimized structure 127 of the optimized block model according to the comparative example is arranged. Show the results.
  • floor cross member No. 1 and floor cross member No. 2 are the transmitted loads at the load transmitting portions 123a and 123b, respectively, and the transmitted load to the battery case fixing parts is the transmitted load at the load transmitting portion 123c. .
  • the transmitted load at each load transmission portion 123 was able to achieve load distribution almost as intended.
  • the transmitted load to the cross member is 50 kN smaller than the target, and the battery case is fixed.
  • the transmitted load to the part was 100kN larger, which was a result that was significantly different from the target.
  • the collision load input to the vehicle body frame parts is appropriately distributed so that the load is less than the withstand load of the load-bearing parts. It has been shown that it is possible to find an optimal load-transmitting structure that can transmit the load.
  • the optimization analysis of the load transmission structure in the vehicle body frame parts of an automobile seeks the optimum load transmission structure that distributes the collision load input to the vehicle body frame parts at the time of a collision and transmits it to a plurality of load-bearing parts. It is possible to provide a method, an apparatus, a program, and a method of manufacturing a load transmission member in a vehicle body frame component.

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Abstract

本発明に係る自動車の車体骨格部品における荷重伝達構造の最適化解析装置は、最適化解析の解析条件の設定において（２１）、最適化解析モデル１２０の車体骨格部品における衝突荷重入力部位１２１と複数の荷重伝達部位１２３とを設定し（２１ａ）、衝突荷重を複数の耐荷重部品の耐荷重以下に分配して各荷重伝達部位における伝達荷重を決定し（２１ｂ）、決定した伝達荷重を各荷重伝達部位１２３に対して衝突荷重の反力として設定する荷重条件と、衝突荷重入力部位１２１の変位を拘束する拘束条件と、を設定し（２１ｃ）、最適化解析条件として、所定の目的関数と、複数の荷重伝達部位１２３の変位が等しいとする制約条件と、を設定する（２１ｄ）。

Description

自動車の車体骨格部品における荷重伝達構造の最適化解析方法、装置及びプログラム、自動車の車体骨格部品における荷重伝達部材の製造方法
　本発明は、自動車（automobile）の衝突時に車体骨格部品（body　frame　parts）に入力した衝突荷重（crashworthiness　load）を分配して複数の耐荷重部品（load　bearing　member）に伝達させる最適な荷重伝達構造（load　transfer　structure）を求める自動車の車体骨格部品における荷重伝達構造の最適化解析方法（optimization　analysis　method）、装置及びプログラムと、自動車の車体骨格部品における荷重伝達部材の製造方法に関する。
　世界の自動車販売に占める電気自動車（battery　powered　vehicle）の割合は、今後急速に高まることが予想される。従来のエンジン車（gasoline　engine　car）と大きく異なる電気自動車の車体構造の特徴としては、大容量バッテリー（large-capacity　battery）の搭載と、その保護構造が挙げられる。また、自動車の側面衝突試験（side　impact　test）は、多くの衝突アセスメント（car　assessment）において乗員傷害を評価する項目である。そして、電気自動車の側面衝突試験は、ポールから自動車に入力する衝突荷重が集中荷重（concentrated　loads）であることに加え、ポールが衝突する位置からバッテリーまでの距離が短いことから、バッテリー保護の観点でも特に厳しい衝突試験であると言える。
　図８は、バッテリーケース（battery　case）アッパ１０３ａとバッテリーケースロア１０３ｂとを備えてなるバッテリーケース１０３内にバッテリー１０１が設置されている電気自動車の車体１００を示す。車体１００は、図９に示すように、サイドシル（side　sill）１０５と、フロアクロスメンバ（floor　cross　member）１０７やバッテリーケース固定部品１０９を有する。サイドシル１０５は、車体幅方向外側からポール２００が衝突して衝突荷重が入力した際に衝突エネルギー（collision　energy）を吸収する衝突エネルギー吸収部品（crashworthiness　energy　absorption　part）（以降、EA部品ともいう）としての機能を備えた車体骨格部品である。フロアクロスメンバ１０７やバッテリーケース固定部品１０９は、サイドシル１０５に入力した大きな衝突荷重がバッテリーケース１０３にそのまま入力することを防ぐために変形が許容されない複数の耐荷重部品である。
　これら複数の耐荷重部品はサイドシル１０５に当接するように配設されており、サイドシルに入力した衝突荷重をサイドシルにおける衝突荷重入力部位から耐荷重部品へと分配する荷重伝達経路（load　transfer　path）を形成する。そして、バッテリー１０１に大きな衝突荷重が入力することを防ぐためには、荷重伝達経路中に単数又は複数の荷重伝達構造が配置されていることが要件となる。
　この荷重伝達構造は、外部からの衝突エネルギーを十分に吸収できる程度の高強度な構造でなければならない一方で、耐荷重部品へ伝達する荷重（以下、「伝達荷重（transferred　load）」という）を各耐荷重部品の耐荷重（loading　capacity）以下とする必要がある。そして、この条件を満たすためには、荷重伝達構造を備えたサイドシル１０５においては、各耐荷重部品への伝達荷重が適切に配分されることが重要となる。
　一方、高性能な自動車の車体構造を効率的に設計する手段として、コンピュータを用いた構造最適化解析（structural　optimization　analysis）により、車体における設計空間（design　space）上の不要部位を削除して最適な構造を求める手法が用いられることがある（例えば、特許文献１参照）。当該手法においては、最適化の対象となる部品等の設計空間、車体に入力する衝突荷重に関する荷重条件（loading　condition）や車体の拘束条件（constraint　condition）、さらには最適化に関する目的関数（objectives）と制約条件（constraints）とを組み合わせた最適化解析条件（optimization　analysis　condition）を適宜設定する。これにより、車体剛性（rigidity）や重量等の性能が最大となる車体骨格部品等の最適な構造を求めることができる。
特許第５５８５６７２号公報
　特許文献１に開示されている手法によれば、車体モデル（automotive　body　model）の拘束位置（restraining　position）や複数の入力荷重とその入力位置を衝突解析（crashworthiness　analysis）条件として設定し、設定した複数の入力荷重に対し目的条件を達成する車体骨格部品等の最適な形状を求めることができる。目的条件としては、ひずみエネルギー（strain　energy）最小、発生応力（stress）最小、吸収エネルギー（absorbed　energy）最大等を例示できる。その一方で、特許文献１に示されている制約条件と目的条件の組み合わせでは、車体骨格部品と耐荷重部品とを備えた車体に衝突荷重が入力した時に、車体骨格部品から複数の耐荷重部品へと伝達する荷重の大きさや配分が保障されていない。特に、前述した図８に示したような電気自動車の車体１００においては、バッテリー１０１を保護するために、EA部品である車体骨格部品から非EA部品である耐荷重部品への伝達荷重の分配を考慮することが特に重要である。しかしながら、特許文献１に記載された方法では、車体骨格部品から耐荷重部品への伝達荷重の分配を考慮して車体骨格部品における最適な荷重伝達構造を求めることはできなかった。
　本発明は、以上の問題を解決すべくなされたものであり、その目的は、自動車の衝突時に車体骨格部品に入力した衝突荷重を分配して複数の耐荷重部品に伝達させる最適な荷重伝達構造を求める自動車の車体骨格部品における荷重伝達構造の最適化解析方法、装置及びプログラムと、自動車の車体骨格部品における荷重伝達部材（load　transmission　part）の製造方法を提供することにある。
　発明者らは、複数の耐荷重部品へと伝達する荷重の大きさや配分を保障しつつ、車体骨格部品に入力した衝突荷重を複数の耐荷重部品へと伝達させる荷重伝達構造の求め方について検討した。そして、発明者らは、作用・反作用の法則（law　of　action　and　reaction）より、衝突荷重が入力した車体骨格部品から各耐荷重部品へと伝達する荷重と、各耐荷重部品から車体骨格部品に作用する衝突荷重の入力方向とは逆向きの方向の荷重（以下、反力（reaction　force）と称す）とは、荷重の作用する方向は逆向きではあっても大きさが同じであり、さらに、各耐荷重部品からの反力の総和は車体骨格部品に入力する衝突荷重と等しくなる点に着目した。
　さらに、車体骨格部品に入力した衝突荷重を複数の耐荷重部品に分配して伝達させる荷重伝達構造は、各耐荷重部品から衝突荷重の入力方向とは逆向きの方向に作用する反力が、衝突荷重の入力した車体骨格部品へと逆向きに伝達する荷重伝達構造でもある点に着目した。
　そこで、保障すべき各耐荷重部品へと伝達する荷重の大きさや配分を、各耐荷重部品の反力の大きさや配分と捉え直し、各耐荷重部品の反力の総和が車体骨格部品に入力する衝突荷重と等しくなるように適切に分配し、適切に分配された反力が各耐荷重部品から衝突荷重の入力方向とは逆向きの方向に、衝突荷重の入力した車体骨格部品へと伝達する最適な荷重伝達構造を求めることにより、複数の耐荷重部品へと伝達する荷重の大きさや配分を保証しつつ車体骨格部品に入力した衝突荷重を適切に分配して複数の耐荷重部品へ伝達させることが可能となる荷重伝達構造を求めることができることを見出した。
　本発明はかかる知見に基づくものであり、具体的には以下の構成を備える。
　本発明に係る自動車の車体骨格部品における荷重伝達構造の最適化解析方法は、車体骨格部品と複数の耐荷重部品とを備えてなる自動車の衝突時に前記車体骨格部品に入力した衝突荷重を分配して複数の前記耐荷重部品に伝達させる最適な荷重伝達構造を、コンピュータが以下の各ステップを行うことにより求めるものであって、前記車体骨格部品と前記耐荷重部品とが平面要素（two-dimensional　element）及び／又は立体要素（three-dimensional　element）でモデル化された前記自動車の全部又は一部の車体モデルを取得する車体モデル取得工程と、前記車体モデルにおける前記荷重伝達構造が配設可能な領域を設計空間として設定する設計空間設定工程と、該設定された設計空間に立体要素でモデル化されて最適化の解析処理を行う最適化ブロックモデル（optimization　block　model）を生成する最適化ブロックモデル生成工程と、該生成した最適化ブロックモデルを前記車体モデルに結合（connecting）して最適化解析モデルを生成する結合処理（connecting　processing）工程と、前記最適化（optimization）の解析処理を行うための解析条件を設定する解析条件設定工程と、該設定した解析条件の下で前記最適化ブロックモデルの最適な構造を求める最適化解析（optimization　analysis）を行う最適化解析工程と、を含み、前記解析条件設定工程は、前記最適化解析モデルの前記車体骨格部品における衝突荷重が入力する部位に衝突荷重入力部位（impact　load　input　portion）と、複数の前記耐荷重部品のそれぞれに荷重を伝達させる前記車体骨格部品における部位に荷重伝達部位（load　transferred　portion）と、を設定する衝突荷重入力部位及び荷重伝達部位設定ステップと、前記最適化解析モデルに入力する衝突荷重を複数の前記耐荷重部品の耐荷重以下に分配し、各前記荷重伝達部位における前記耐荷重部品への伝達荷重を決定する耐荷重部品伝達荷重決定ステップと、該決定した前記耐荷重部品への伝達荷重を各前記荷重伝達部位のそれぞれに対して前記衝突荷重の反力として設定して前記最適化解析モデルへの入力荷重（input　load）とする荷重条件と、前記衝突荷重入力部位の変位（displacement）を拘束する拘束条件と、を設定する荷重拘束条件（loading　and　constraint　condition）設定ステップと、前記最適化解析工程における前記最適化解析の最適化解析条件として、所定の目的関数と、複数の前記荷重伝達部位の変位が等しいとする制約条件と、を設定する最適化解析条件設定ステップと、を含む。
　前記最適化解析条件設定ステップは、前記制約条件として、さらに前記最適化ブロックモデルの体積制約率（volume　constraint　ratio）を前記設計空間全体の体積の3%以上7%以下の範囲内の所定の値以下と設定し、前記最適化解析工程は、トポロジー最適化（topology　optimization）の密度法（densimetry）を用いた最適化解析を行うとよい。
　前記車体骨格部品は、前記自動車の側部に配設されて車体前後方向に延在するサイドシルとし、前記耐荷重部品は、前記自動車の下部に配設されたバッテリーケースを前記サイドシルと接続するバッテリーケース固定部品とフロアクロスメンバとし、前記解析条件設定工程に先立って、前記車体モデルを対象とし、該車体モデルにおける車体幅方向外側から前記サイドシルにポールが衝突する側面衝突解析（side　collision　analysis）を行い、前記側面衝突解析の結果に基づいて、前記衝突荷重入力部位及び荷重伝達部位設定ステップは、前記車体モデルの車体骨格部品における前記衝突荷重入力部位及び荷重伝達部位を設定し、前記耐荷重部品伝達荷重決定ステップは、前記車体骨格部品に入力する衝突荷重及び耐荷重部品への伝達荷重を決定するとよい。
　本発明に係る自動車の車体骨格部品における荷重伝達部材の製造方法は、本発明に係る自動車の車体骨格部品における荷重伝達構造の最適化解析方法を用いて前記車体骨格部品の荷重伝達部材の構造を求め、該求めた荷重伝達部材の構造に基づいて該荷重伝達部材の形状を決定し、該決定した形状に従って前記荷重伝達部材を製造する。
　本発明に係る自動車の車体骨格部品における荷重伝達構造の最適化解析装置は、車体骨格部品と複数の耐荷重部品とを備えてなる自動車の衝突試験において前記車体骨格部品に入力した衝突荷重を分配して複数の前記耐荷重部品に伝達させる最適な荷重伝達構造を求めるものであって、前記車体骨格部品と前記耐荷重部品とが平面要素及び／又は立体要素でモデル化された前記自動車の全部又は一部の車体モデルを取得する車体モデル取得部と、前記車体モデルにおける前記荷重伝達構造が配設される領域に設計空間を設定する設計空間設定部と、該設定された設計空間に立体要素でモデル化されて前記荷重伝達構造の最適化の解析処理を行う最適化ブロックモデルを生成する最適化ブロックモデル生成部と、該生成した最適化ブロックモデルを前記車体モデルに結合して最適化解析モデルを生成する結合処理部と、前記最適化の解析処理を行うための解析条件を設定する解析条件設定部と、該設定した解析条件の下で前記最適化ブロックモデルの最適な構造を求める最適化解析を行う最適化解析部と、を備え、前記解析条件設定部は、前記最適化解析モデルにおける衝突荷重が入力する部位に衝突荷重入力部位と、複数の前記耐荷重部品のそれぞれに荷重を伝達させる部位に荷重伝達部位と、を前記最適化解析モデルに設定する衝突荷重入力部位及び荷重伝達部位設定部と、複数の前記耐荷重部品それぞれの耐荷重以下となるように前記最適化解析モデルに入力する衝突荷重を配分して各前記耐荷重部品の荷重伝達部位における伝達荷重を決定する耐荷重部品伝達荷重決定部と、複数の前記荷重伝達部位のそれぞれに対して前記衝突荷重の反力として各前記耐荷重部品への伝達荷重を設定して前記最適化解析モデルへの入力荷重とする荷重条件と、前記衝突荷重入力部位の変位を拘束する拘束条件と、を設定する荷重拘束条件設定部と、前記最適化解析部において行う前記最適化解析の最適化解析条件として、所定の目的関数と、複数の前記荷重伝達部位の変位が等しいとする制約条件と、を設定する最適化解析条件設定部と、を有する。
　前記最適化解析条件設定部は、前記制約条件として、さらに前記最適化ブロックモデルの体積制約率を前記設計空間全体の3%以上7%以下の範囲内で設定し、前記最適化解析部は、トポロジー最適化の密度法を用いた最適化解析を行うとよい。
　本発明に係る自動車の車体骨格部品における荷重伝達構造の最適化解析プログラムは、車体骨格部品と複数の耐荷重部品とを備えてなる自動車の衝突試験において前記車体骨格部品に入力した衝突荷重を分配して複数の前記耐荷重部品に伝達させる最適な荷重伝達構造を求めるものであって、コンピュータを、前記車体骨格部品と前記耐荷重部品とが平面要素及び／又は立体要素でモデル化された前記自動車の全部又は一部の車体モデルを取得する車体モデル取得部と、前記車体モデルにおける前記荷重伝達構造が配設される領域に設計空間を設定する設計空間設定部と、該設定された設計空間に立体要素でモデル化されて前記荷重伝達構造の最適化の解析処理を行う最適化ブロックモデルを生成する最適化ブロックモデル生成部と、該生成した最適化ブロックモデルを前記車体モデルに結合して最適化解析モデルを生成する結合処理部と、前記最適化の解析処理を行うための解析条件を設定する解析条件設定部と、該設定した解析条件の下で前記最適化ブロックモデルの最適な構造を求める最適化解析を行う最適化解析部と、として実行させる機能を備え、前記解析条件設定部を、前記最適化解析モデルにおける衝突荷重が入力する部位に衝突荷重入力部位と、複数の前記耐荷重部品のそれぞれに荷重を伝達させる部位に荷重伝達部位と、を前記最適化解析モデルに設定する衝突荷重入力部位及び荷重伝達部位設定部と、複数の前記耐荷重部品それぞれの耐荷重以下となるように前記最適化解析モデルに入力する衝突荷重を配分して各前記耐荷重部品の荷重伝達部位における伝達荷重を決定する耐荷重部品伝達荷重決定部と、複数の前記荷重伝達部位のそれぞれに対して前記衝突荷重の反力として各前記耐荷重部品への伝達荷重を設定して前記最適化解析モデルへの入力荷重とする荷重条件と、前記衝突荷重入力部位の変位を拘束する拘束条件と、を設定する荷重拘束条件設定部と、前記最適化解析部において行う前記最適化解析の最適化解析条件として、所定の目的関数と、複数の前記荷重伝達部位の変位が等しいとする制約条件と、を設定する最適化解析条件設定部と、として機能させる。
　前記最適化解析条件設定部は、前記制約条件として、さらに前記最適化ブロックモデルの体積制約率を前記設計空間全体の3%以上7%以下の範囲内で設定し、前記最適化解析部は、トポロジー最適化の密度法を用いた最適化解析を行うとよい。
　本発明においては、車体骨格部品における複数の荷重伝達部位に衝突荷重の反力として各耐荷重部品の耐荷重以下の伝達荷重を入力荷重とする荷重条件と、車体骨格部品における衝突荷重入力部位の変位を拘束する拘束条件と、複数の荷重伝達部位の変位を等しくする制約条件と、を解析条件として設定し、最適な荷重伝達構造を求める最適化解析を行う。これにより、各耐荷重部品へと伝達する荷重の大きさや配分を保障しつつ、車体骨格部品から複数の耐荷重部品への伝達荷重を適切に分配することができる荷重伝達構造を求めることができる。さらに、本発明によれば、上記の最適化解析を用いて最適な荷重伝達構造を求め、求めた最適な荷重伝達構造に基づいて荷重伝達部材の形状を決定し、決定した荷重伝達部材の形状に従って荷重伝達部材を製造する。これにより、車体骨格部品から複数の耐荷重部品への伝達荷重を適切に分配することができる荷重伝達部材を製造することができる。
図１は、本発明の実施の形態１に係る自動車の車体骨格部品における荷重伝達構造の最適化解析装置のブロック図である。 図２は、本発明の実施の形態１において、車体モデルに設定した設計空間と、設計空間に生成した最適化ブロックモデルを示す図である。 図３は、本発明の実施の形態１及び実施例における発明例として、最適化解析モデルに設定した荷重条件と拘束条件とを説明する図である（（ａ）斜視図（車内側）、（ｂ）斜視図（車外側））。 図４は、本発明の実施の形態１及び実施例における発明例として、サイドシルにおける荷重伝達構造の最適構造を示す図である（（ａ）斜視図、（ｂ）断面図）。 図５は、本発明の実施の形態１に係る自動車の車体骨格部品における荷重伝達構造の最適化解析方法の処理の流れを示すフロー図である。 図６は、実施例における比較例として、最適化解析モデルに設定した荷重条件と拘束条件とを説明する図である（（ａ）斜視図（車内側）、（ｂ）斜視図（車外側））。 図７は、実施例において、サイドシルにおける荷重伝達構造の最適構造の比較例を示す図である（（ａ）斜視図、（ｂ）断面図）。 図８は、電気自動車の車体の一例を示す図である。 図９は、車体幅方向外側からポールが車体に衝突する側面衝突試験を説明する図である。
　本発明の実施の形態１及び実施の形態２について説明するに先立ち、本発明で対象とする自動車の車体について説明する。本願の図面において、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示す。
　本発明は、図９に一例として示すように、車体骨格部品であるサイドシル１０５と、耐荷重部品であるフロアクロスメンバ１０７とバッテリーケース固定部品１０９と、を備えた車体１００を対象とする。
　車体骨格部品は、車体骨格を構成する車体部品である。サイドシル１０５は、車体幅方向の両側において車体前後方向に延在して配設された車体骨格部品である。図９に示すように、ハット断面形状のサイドシルインナ１０５ａとサイドシルアウタ１０５ｂとが互いに開口側を向かい合わせて閉断面空間を形成するように上端部同士と下端部同士が接合されている。
　耐荷重部品は、車体に入力した衝突荷重がそのまま他の車体部品へ入力することを防ぐために変形が許容されない部品である。車体１００においては、前述した図８について説明したようにバッテリー１０１保護の観点から車体部品であるバッテリーケース１０３に衝突荷重がそのまま入力することを防ぐために、耐荷重部品として、バッテリーケース１０３の上部に配置されてサイドシルインナ１０５ａに当接される車体前後方向に２つのフロアクロスメンバ１０７ａ、１０７ｂと、バッテリーケース１０３の下部（バッテリーケースロア１０３ｂ）とサイドシルインナ１０５ａとを接続してバッテリーケース１０３の固定に用いられるバッテリーケース固定部品１０９と、が設けられている。
　サイドシル１０５、フロアクロスメンバ１０７及びバッテリーケース固定部品１０９は、平面要素及び／立体要素を用いてモデル化されており、モデル化した要素情報等は、後述する車体モデルファイル３１（図１参照）に記憶しておいてもよい。
　以下、車体１００を解析対象とする場合について、本発明に係る自動車の車体骨格部品における荷重伝達構造の最適化解析方法、装置及びプログラム（以下、それぞれ、「荷重伝達構造最適化解析方法」、「荷重伝達構造最適化解析装置」及び「荷重伝達構造最適化解析プログラム」という）について説明する。
［実施の形態１］
＜荷重伝達構造最適化解析装置＞
　本発明の実施の形態１に係る荷重伝達構造最適化解析装置１は、車体骨格部品と複数の耐荷重部品とを備えてなる自動車の衝突時に車体骨格部品に入力した衝突荷重を分配して複数の耐荷重部品に伝達させる最適な荷重伝達構造を求めるものである。図１に示すように、荷重伝達構造最適化解析装置１は、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（display　device）３と、入力装置（input　device）５と、記憶装置（memory　storage）７と、作業用データメモリ（working　data　memory）９と、演算処理部（arithmetic　processing　unit）１１と、を備えている。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、演算処理部１１に接続され、演算処理部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、本実施の形態に係る荷重伝達構造最適化解析装置１の各構成について説明する。
　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（LCD　monitor）等で構成される。入力装置５は、車体モデルファイル３１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７は、車体モデルファイル３１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。作業用データメモリ９は、演算処理部１１で使用するデータの一時保存や演算に用いられ、RAM（Random　Access　Memory）等で構成される。
　演算処理部１１は、図１に示すように、車体モデル取得部１３と、設計空間設定部１５と、最適化ブロックモデル生成部１７と、結合処理部１９と、解析条件設定部２１と、最適化解析部２３と、を有し、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。演算処理部１１における上記の各部の機能を以下に説明する。
≪車体モデル取得部≫
　車体モデル取得部１３は、車体骨格部品と耐荷重部品とが平面要素及び／又は立体要素でモデル化された自動車の全部又は一部の車体モデルを取得するものである。本実施の形態において、車体モデル取得部１３は、図９に示すように、車体骨格部品であるサイドシル１０５と、耐荷重部品であるフロアクロスメンバ１０７及びバッテリーケース固定部品１０９と、が平面要素でモデル化された自動車の一部の車体モデル１１０を取得する。
≪設計空間設定部≫
　設計空間設定部１５は、車体モデルにおける荷重伝達構造が配設可能な領域を設計空間として設定するものである。本実施の形態において、設計空間設定部１５は、車体モデル１１０における荷重伝達構造が配設可能な領域として、図９に示すように、サイドシルインナ１０５ａとサイドシルアウタ１０５ｂとの間の閉断面空間に設計空間１１１を設定する。
≪最適化ブロックモデル生成部≫
　最適化ブロックモデル生成部１７は、設計空間設定部１５により設定された設計空間に立体要素でモデル化されて最適化の解析処理を行う最適化ブロックモデルを生成するものである。本実施の形態において、最適化ブロックモデル生成部１７は、図２に示すように、設計空間設定部１５により設定された設計空間１１１に最適化ブロックモデル１１３を生成する。
≪結合処理部≫
　結合処理部１９は、最適化ブロックモデル生成部１７により生成した最適化ブロックモデルを車体モデルに結合して最適化解析モデルを生成するものである。本実施の形態において、結合処理部１９は、図２に示すように、最適化ブロックモデル１１３を車体モデル１１０（図９参照）におけるサイドシル１０５に結合して最適化解析モデル１２０を生成する。図２に示す最適化解析モデル１２０においては、耐荷重部品であるフロアクロスメンバ１０７とバッテリーケース固定部品１０９の表示は省略している。
≪解析条件設定部≫
　解析条件設定部２１は、最適化の解析処理のための解析条件を設定するものであり、図１に示すように、衝突荷重入力部位及び荷重伝達部位設定部２１ａと、耐荷重部品伝達荷重決定部２１ｂと、荷重拘束条件設定部２１ｃと、最適化解析条件設定部２１ｄと、を有する。
（衝突荷重入力部位及び荷重伝達部位設定部）
　衝突荷重入力部位及び荷重伝達部位設定部２１ａは、最適化解析モデルの車体骨格部品における衝突荷重が入力する部位に衝突荷重入力部位と、複数の耐荷重部品のそれぞれに荷重を伝達させる車体骨格部品における部位に複数の荷重伝達部位と、を設定するものである。荷重入力部位は１か所、荷重伝達部位は複数箇所とする。本実施の形態においては、図９に示すようにポール２００がサイドシル１０５の車体幅方向外側に衝突する側面衝突を対象としている。このため、衝突荷重入力部位及び荷重伝達部位設定部２１ａは、図３に示すように、最適化解析モデル１２０のサイドシル１０５における衝突荷重が入力する部位に衝突荷重入力部位１２１と、サイドシル１０５から耐荷重部品であるフロアクロスメンバ１０７とバッテリーケース固定部品１０９へと荷重が伝達する部位に複数（三か所）の荷重伝達部位１２３（１２３ａ、１２３ｂ及び１２３ｃ）と、を設定する。
（耐荷重部品伝達荷重決定部）
　耐荷重部品伝達荷重決定部２１ｂは、最適化解析モデルに入力する衝突荷重を複数の耐荷重部品の耐荷重以下に分配し、各荷重伝達部位における耐荷重部品への伝達荷重を決定するものである。
　伝達荷重は、各耐荷重部品の配置と強度によって決めればよい。伝達荷重の決定において重要なのは絶対値ではなくその配分であり、複数の荷重伝達部位に設定する伝達荷重の総和は、車体骨格部品に入力する衝突荷重と等しくなるように分配する。また、車体骨格部品に入力する衝突荷重は、適宜設定することができるが、例えば、図９に示す側面衝突試験を対象とした衝突解析を行って求めるとよい。
　本実施の形態において、耐荷重部品伝達荷重決定部２１ｂは、図３に示すように、最適化解析モデル１２０に入力する衝突荷重をフロアクロスメンバ１０７及びバッテリーケース固定部品１０９の耐荷重以下に分配し、２つのフロアクロスメンバ１０７に荷重を伝達させる荷重伝達部位１２３ａ及び１２３ｂにおける伝達荷重をいずれも200kNとし、バッテリーケース固定部品１０９の荷重伝達部位１２３ｃにおける伝達荷重を300kNと決定する。
（荷重拘束条件設定部）
　荷重拘束条件設定部２１ｃは、耐荷重部品伝達荷重決定部２１ｂにより決定した耐荷重部品への伝達荷重を各荷重伝達部位のそれぞれに対して衝突荷重の反力として設定して最適化解析モデルへの入力荷重とする荷重条件と、衝突荷重入力部位の変位を拘束する拘束条件と、を設定するものである。
　本実施の形態において、荷重拘束条件設定部２１ｃは、フロアクロスメンバ１０７及びバッテリーケース固定部品１０９への伝達荷重（200kN、200kN及び300kN）を荷重伝達部位１２３ａ、１２３ｂ及び１２３ｃのそれぞれに対して衝突荷重（700kN）の反力として設定して最適化解析モデル１２０への入力荷重とする荷重条件と、衝突荷重入力部位１２１の変位を拘束する拘束条件と、を設定する。荷重伝達部位に対して衝突荷重の反力として伝達荷重を設定するとは、衝突荷重の入力方向とは逆向きの方向に伝達荷重が荷重伝達部位に作用するように設定することを意味する。
（最適化解析条件設定部）
　最適化解析条件設定部２１ｄは、最適化解析の最適化解析条件として、所定の目的関数と、複数の荷重伝達部位の変位が等しいとする制約条件と、を設定するものである。
　目的関数は、最適化の目的に応じて設定するものであり、例えば、質量最小化（mass　minimization）、コンプライアンス最小化（compliance　minimization）（剛性最大化（stiffness　maximization））、荷重伝達部位の変位最小化（displacement　minimization）、等が挙げられる。本実施の形態では、荷重伝達部位１２３の変位最小化を目的関数として設定する。
　一方、制約条件は、最適化において何らかの制約を課すものであり、本発明では、前述のとおり、複数の荷重伝達部位の変位が等しいとする。制約条件は、複数設定可能である。そして、最適化ブロックモデルの体積制約率（設計空間の体積に対する最適化処理により残存する最適化ブロックモデルの体積の比率）を、設計空間全体の体積の3%以上7%以下の範囲内の所定の値以下とする制約条件をさらに設定することが好ましい。
≪最適化解析部≫
　最適化解析部２３は、解析条件設定部２１により設定された解析条件の下で最適化ブロックモデルの最適な構造を求める最適化解析を行う工程である。
　本実施の形態において、最適化解析部２３は、結合処理部１９により最適化ブロックモデル１１３と車体モデル１１０との結合処理を行って生成した最適化解析モデル１２０に対して解析条件設定部２１により設定された荷重条件及び拘束条件と最適化解析条件（目的関数、制約条件）との下で、最適化ブロックモデル１１３を最適化の解析対象として最適化解析を行い、最適化ブロックモデル１１３の最適な構造を求める。そして、最適化ブロックモデル１１３の最適な構造が、複数の耐荷重部品に伝達させる最適な荷重伝達構造として求められる。
　最適化解析部２３による最適化解析には、例えば、トポロジー最適化を適用することができる。そして、トポロジー最適化において密度法を用いる際に中間的な密度が多い場合には、最適化パラメータ（optimized　parameter）としてペナルティ係数（penalty　coefficient）を与えて離散化（discretization）することが好ましい。なお、ペナルティ係数の値は適宜設定することができる。
　本実施の形態において最適化解析部２３にトポロジー最適化を適用して最適化ブロックモデル１１３の最適構造１２５を求めた結果を図４に示す。図４においては、フロアクロスメンバ１０７とバッテリーケース固定部品１０９の表示は省略している。
　このように、最適化ブロックモデル１１３の最適構造１２５は、解析条件設定部２１により設定された解析条件（荷重条件、拘束条件、目的関数、制約条件）を満たすように、最適化ブロックモデル１１３を構成する立体要素が残存及び消去することにより求められる。
　最適化解析部２３は、上記のとおりトポロジー最適化を行うものでもよいし、他の計算方式による最適化解析であってもよい。また、最適化解析部２３としては、例えば市販されている有限要素法（finite　element　method）を用いた解析ソフトを使用することもできる。
＜荷重伝達構造最適化解析方法＞
　本発明の実施の形態に係る構造最適化解析方法は、車体骨格部品と複数の耐荷重部品とを備えてなる自動車の衝突時に前記車体骨格部品に入力した衝突荷重を分配して複数の前記耐荷重部品に伝達させる最適な荷重伝達構造を、コンピュータが以下の各ステップを行うことにより求めるものである。構造最適化解析方法は、図５に示すように、車体モデル取得工程Ｓ１と、設計空間設定工程Ｓ３と、最適化ブロックモデル生成工程Ｓ５と、結合処理工程Ｓ７と、解析条件設定工程Ｓ９と、最適化解析工程Ｓ１１と、を含む。以下、図９に示す電気自動車の車体１００を対象として、上記の各工程について説明する。
≪車体モデル取得工程≫
　車体モデル取得工程Ｓ１は、車体骨格部品と耐荷重部品とが平面要素及び／又は立体要素でモデル化された自動車の全部又は一部の車体モデルを取得する工程である。本実施の形態において、車体モデル取得工程Ｓ１では、荷重伝達構造最適化解析装置１の車体モデル取得部１３が、車体骨格部品であるサイドシル１０５と、耐荷重部品であるフロアクロスメンバ１０７及びバッテリーケース固定部品１０９と、が平面要素でモデル化された電気自動車の一部の車体モデル１１０を取得する。
≪設計空間設定工程≫
　設計空間設定工程Ｓ３は、車体モデルにおける荷重伝達構造が配設可能な領域を設計空間として設定する工程である。本実施の形態において、設計空間設定工程Ｓ３では、荷重伝達構造最適化解析装置１の設計空間設定部１５が、図２及び図９に示すように、車体モデル１１０における荷重伝達部材が配設可能な領域であるサイドシルインナ１０５ａとサイドシルアウタ１０５ｂとの間の閉断面空間を設計空間１１１として設定する。
≪最適化ブロックモデル生成工程≫
　最適化ブロックモデル生成工程Ｓ５は、設計空間設定工程Ｓ３において設定された設計空間に立体要素でモデル化されて最適化の解析処理を行う最適化ブロックモデルを生成する工程である。本実施の形態において、最適化ブロックモデル生成工程Ｓ５では、荷重伝達構造最適化解析装置１の最適化ブロックモデル生成部１７が、図２に示すように、サイドシルインナ１０５ａとサイドシルアウタ１０５ｂとの間に設定された設計空間１１１に最適化ブロックモデル１１３を生成する。
≪結合処理工程≫
　結合処理工程Ｓ７は、最適化ブロックモデル生成工程Ｓ５において生成した最適化ブロックモデルを車体モデルに結合して最適化解析モデルを生成する工程である。本実施の形態において、結合処理工程Ｓ７では、荷重伝達構造最適化解析装置１の結合処理部１９が、最適化ブロックモデル１１３を車体モデル１１０に結合して最適化解析モデル１２０を生成する。
≪解析条件設定工程≫
　解析条件設定工程Ｓ９は、最適化の解析処理のための解析条件を設定するものであり、図５に示すように、衝突荷重入力部位及び荷重伝達部位設定ステップＳ９ａと、耐荷重部品伝達荷重決定ステップＳ９ｂと、荷重拘束条件設定ステップＳ９ｃと、最適化解析条件設定ステップＳ９ｄと、を含む。
（衝突荷重入力部位及び荷重伝達部位設定ステップ）
　衝突荷重入力部位及び荷重伝達部位設定ステップＳ９ａは、最適化解析モデルの車体骨格部品における衝突荷重が入力する部位に衝突荷重入力部位と、複数の耐荷重部品のそれぞれに荷重を伝達させる車体骨格部品における部位に荷重伝達部位と、を設定するものである。本実施の形態においては、前述した図９に示すようにポール２００がサイドシル１０５の車体幅方向外側に衝突する側面衝突を対象としている。このため、図３に示すように、最適化解析モデル１２０のサイドシル１０５における衝突荷重が入力する部位に衝突荷重入力部位１２１と、サイドシル１０５から耐荷重部品であるフロアクロスメンバ１０７とバッテリーケース固定部品１０９へと荷重が伝達する部位に荷重伝達部位１２３ａ、１２３ｂ及び１２３ｃと、を設定する。
　サイドシル１０５における衝突荷重入力部位１２１と、フロアクロスメンバ１０７とバッテリーケース固定部品１０９への荷重伝達部位１２３ａ、１２３ｂ及び１２３ｃは、解析条件設定工程Ｓ９に先立って、前述した図９に示すように、車体モデル１１０の車体幅方向外側からポール２００がサイドシル１０５に衝突する側面衝突解析を行い、該側面衝突解析の結果に基づいて設定するとよい。
（耐荷重部品伝達荷重決定ステップ）
　耐荷重部品伝達荷重決定ステップＳ９ｂは、最適化解析モデルに入力する衝突荷重を複数の耐荷重部品の耐荷重以下に分配し、各荷重伝達部位における耐荷重部品への伝達荷重を決定するものである。
　伝達荷重は、各耐荷重部品の配置と強度によって決めればよい。さらに、複数の荷重伝達部位に設定する伝達荷重の総和は、車体骨格部品に入力する衝突荷重と等しくなるように分配する。
　本実施の形態において、耐荷重部品伝達荷重決定ステップＳ９ｂでは、荷重伝達構造最適化解析装置１の耐荷重部品伝達荷重決定部２１ｂが、図３に示すように、最適化解析モデル１２０におけるサイドシル１０５に入力する衝突荷重（700kN）をフロアクロスメンバ１０７及びバッテリーケース固定部品１０９の耐荷重以下に分配し、フロアクロスメンバ１０７の荷重伝達部位１２３ａ、１２３ｂにおける伝達荷重（それぞれ200kN）と、バッテリーケース固定部品１０９の荷重伝達部位１２３ｃにおける伝達荷重（300kN）と、を決定する。
　サイドシル１０５に入力する衝突荷重と、フロアクロスメンバ１０７及びバッテリーケース固定部品１０９への伝達荷重は、解析条件設定工程Ｓ９に先立って、前述した図９に示すように車体モデル１１０の側面衝突解析を行い、該側面衝突解析の結果に基づいて決定するとよい。
（荷重拘束条件設定ステップ）
　荷重拘束条件設定ステップＳ９ｃは、耐荷重部品伝達荷重決定ステップＳ９ｂにおいて決定した耐荷重部品への伝達荷重を各荷重伝達部位のそれぞれに対して衝突荷重の反力として設定して最適化解析モデルへの入力荷重とする荷重条件と、衝突荷重入力部位の変位を拘束する拘束条件と、を設定するものである。
　本実施の形態において、荷重拘束条件設定ステップＳ９ｃでは、荷重伝達構造最適化解析装置１の荷重拘束条件設定部２１ｃが、図３に示すように、フロアクロスメンバ１０７及びバッテリーケース固定部品１０９への伝達荷重（200kN、200kN及び300kN）を荷重伝達部位１２３ａ、１２３ｂ及び１２３ｃのそれぞれに対して衝突荷重（700kN）の反力として設定して最適化解析モデル１２０への入力荷重とする荷重条件と、衝突荷重入力部位１２１の変位を拘束する拘束条件と、を設定する。
（最適化解析条件設定ステップ）
　最適化解析条件設定ステップＳ９ｄは、最適化解析の最適化解析条件として、所定の目的関数と、複数の荷重伝達部位の変位が等しいとする制約条件と、を設定するものである。本実施の形態において、最適化解析条件設定ステップＳ９ｄでは、荷重伝達構造最適化解析装置１の最適化解析条件設定部２１ｄが、最適化解析条件として、荷重伝達部位の変位を最小とする目的関数と、複数の荷重伝達部位１２３ａ、１２３ｂ及び１２３ｃの変位が等しいとする制約条件と、を設定する。
　最適化解析条件設定ステップＳ９ｄにおいて、制約条件は、複数設定可能である。さらに、制約条件として、最適化ブロックモデルの体積制約率（設計空間の体積に対する最適化処理により残存する最適化ブロックモデルの体積の比率）を、設計空間全体の体積の3%以上7%以下の範囲内で設定することが好ましい。そこで、本実施の形態では、荷重伝達部位１２３ａ、１２３ｂ及び１２３ｃそれぞれの変位が等しいとする制約条件に加えて、最適化ブロックモデル１１３の体積制約率を設計空間１１１全体の体積の5%とする制約条件を設定する。
≪最適化解析工程≫
　最適化解析工程Ｓ１１は、解析条件設定工程Ｓ９において設定された解析条件の下で最適化ブロックモデルの最適な構造を求める最適化解析を行う工程である。
　本実施の形態において、最適化解析工程Ｓ１１では、荷重伝達構造最適化解析装置１の最適化解析部２３が、最適化解析モデル１２０に対して解析条件設定工程Ｓ９において設定された解析条件（荷重条件及び拘束条件と最適化解析条件（目的関数、制約条件））の下で、最適化ブロックモデル１１３を最適化の解析対象として最適化解析を行い、図４に示すように、最適化ブロックモデル１１３の最適構造１２５を求める。そして、最適化ブロックモデル１１３の最適構造１２５が、複数の耐荷重部品に伝達させるサイドシル１０５における最適な荷重伝達構造として求められる。
　最適化解析工程Ｓ１１における最適化解析には、例えば、トポロジー最適化を適用することができる。そして、トポロジー最適化において密度法を用いる際に中間的な密度が多い場合には、最適化パラメータとしてペナルティ係数を与えて離散化することが好ましい。ペナルティ係数の値は適宜設定することができる。
　最適化ブロックモデル１１３の最適構造１２５は、解析条件設定工程Ｓ９において設定した解析条件（荷重条件、拘束条件、目的関数、制約条件）を満たすように最適化ブロックモデルを構成する立体要素が残存及び消去することにより求められる。
　最適化解析工程Ｓ１１は、上記のとおりトポロジー最適化を行うものでもよいし、他の計算方式による最適化解析であってもよい。また、最適化解析工程における最適化解析は、例えば市販されている有限要素法を用いた解析ソフトを使用することもできる。
＜荷重伝達構造最適化解析プログラム＞
　上記の本実施の形態１についての説明は荷重伝達構造最適化解析装置及び方法についてのものであったが、本実施の形態１は、コンピュータによって構成された荷重伝達構造最適化解析装置１（図１）の演算処理部１１における各部を機能させる荷重伝達構造最適化解析プログラムとして構成することができる。
　本発明の実施の形態１に係る荷重伝達構造最適化解析プログラムは、車体骨格部品と複数の耐荷重部品とを備えてなる自動車の衝突時に前記車体骨格部品に入力した衝突荷重を分配して複数の前記耐荷重部品に伝達させる最適な荷重伝達構造を求めるものである。荷重伝達構造最適化解析プログラムは、コンピュータを、図１に示す演算処理部１１のように、車体モデル取得部１３と、設計空間設定部１５と、最適化ブロックモデル生成部１７と、結合処理部１９と、解析条件設定部２１と、最適化解析部２３と、として実行させる機能を備える。また、荷重伝達構造最適化解析プログラムは、解析条件設定部２１を、衝突荷重入力部位及び荷重伝達部位設定部２１ａと、耐荷重部品伝達荷重決定部２１ｂと、荷重拘束条件設定部２１ｃと、最適化解析条件設定部２１ｄと、として機能させるものである。
　以上、本実施の形態に係る荷重伝達構造最適化解析装置、方法及びプログラムによれば、車体骨格部品に入力した衝突荷重を複数の耐荷重部品の耐荷重以下の伝達荷重に配分、配分した伝達荷重を衝突荷重の反力として車体骨格部品に入力する入力荷重とする荷重条件と、車体骨格部品に衝突荷重が入力した部位の変位を拘束する拘束条件と、を設定し、荷重伝達構造の最適化処理を行う。これにより、複数の耐荷重部品へと伝達する荷重の大きさや配分を保障しつつ、車体骨格部品に入力した衝突荷重を耐荷重部品の耐荷重以下の荷重に配分して伝達させることができる最適な荷重伝達構造を求めることが可能となる。また、これにより、図８に例示するように、バッテリーケース１０３にバッテリー１０１が収納された車体１００を備えた電気自動車の側面衝突時においてもバッテリーケース１０３の変形を防ぐことができ、バッテリー１０１を保護することができる。
　上記の本発明に係る実施の形態は、側面衝突時に車両内部の車室空間（cabin　space）及びバッテリー搭載したBEV（Battery　Electronic　Vehicle）やPHV（Plug-in　Hybrid　Vehicle）を含む電気自動車のバッテリーケースを保護するためにサイドシルの内部に設ける荷重伝達構造の最適な構造を求める場合を例としたものであった。
　もっとも、本発明は、電気自動車の側面衝突時におけるバッテリーケースを保護する場合に限るものではなく、その他の衝突形態や車体骨格部品及び耐荷重部品を対象とするものであってもよい。
　具体例として、伝達荷重の分配を考慮した車体構造の設計の対象となる車体骨格部品としては、前面衝突（front　collision）ではフロントサイドメンバ（front　side　member）、スモールオーバーラップ衝突（small　overlap　frontal　collision）ではフロントピラーロア（front　pillar　lower）が挙げられる。
　前面衝突においてはバンパーレインフォース（bumper　reinforcement）を介してフロントサイドメンバに衝突荷重が入力し、クラッシュボックス（crash　box）、フロントサイドメンバへと伝わり、その後フロントサイドメンバからダッシュパネル（dash　panel）やサイドシルへと荷重が分配される。このとき、ダッシュパネルやサイドシルが変形すると車室空間へと侵入して乗員が損傷する危険がある。そのため、前面衝突時に車室空間を保護するために、ダッシュパネルやサイドシルは変形が許容されない耐荷重部品に該当する。
　また、スモールオーバーラップ衝突では、フロントサイドメンバやタイヤを介してフロントピラーロアに入力された衝突荷重は、フロントピラーロアからサイドシルやフロントピラーアッパー（front　pillar　upper）へと荷重が分配されて伝達される。このとき、前面衝突と同様、サイドシルやフロントピラーアッパーが変形すると車室空間へと侵入して乗員が損傷する危険がある。そのため、スモールオーバーラップ衝突時に車室空間を保護するためには、サイドシルやフロントピラーアッパーは変形が許容されない耐荷重部品に該当する。
　そして、あらゆる衝突形態において、荷重伝達先の耐荷重部品にはそれぞれ越えてはならない耐荷重があるため、車体骨格部品における荷重伝達系路上には、伝達先へ適切に荷重を配分できる荷重伝達構造が必要となる。本発明は、車体骨格部品を補剛する補剛部材（stiffing　member）にも適用することができ、車体における耐荷重部品への伝達荷重の分配を考慮して車体骨格部品の補剛部材の構造や形状に関する設計指針を求めることが可能となる。
　また、上記の説明は、図９に例示するように、車体骨格部品であるサイドシル１０５と、耐荷重部品であるフロアクロスメンバ１０７とバッテリーケース固定部品１０９と、を備えた自動車の一部の車体モデルを解析対象とするものであったが、本発明は、自動車の全部の車体モデルを解析対象とするものであってもよい。
［実施の形態２］
　前述した実施の形態１は、自動車の車体骨格部品における最適な荷重伝達構造を求めるものであったが、本発明は、該求めた荷重伝達構造に基づいて車体骨格部品における荷重伝達部材を製造する方法として構成することができる。すなわち、本発明の実施の形態２に係る自動車の車体骨格部品における荷重伝達部材の製造方法は、実施の形態１に係る自動車の車体骨格部品における荷重伝達構造の最適化解析方法を用いて前記車体骨格部品の荷重伝達部材の構造を求め、求めた荷重伝達部材の構造に基づいて該荷重伝達部材を製造するものである。
　例えば、前述した実施の形態１に係る自動車の車体骨格部品における荷重伝達構造の最適化解析方法を用いて、最適な荷重伝達構造として図４に示す最適構造１２５が求められた場合、最適構造１２５に基づいて荷重伝達部材の形状を決定する。そして、決定した荷重伝達部材の形状に従って、荷重伝達部材を設計・製造する。プレス成形（press　forming）やロールフォーミング（roll　forming）などの金属板（metal　sheet）の加工によって製造可能な板金部材（sheet　metal　part）で荷重伝達部材を実現するにあたっては、求められた最適構造１２５内に見られる柱状の部位（例えば、後述する図４の１２５ａ、１２５ｂ、１２５ｃ）に、板金部材の稜線部（ridge　line　section）が沿うような形状に設計すればよく、さらに最適構造（optimum　structure）１２５内の各柱状の部位の太さに応じて板金部材の稜線部の強度を調整することが望ましい。稜線部の強度の調整は、板金部材の板厚や材料強度（material　strength）を変えることによって行う。また、鋳造部品（cast　part）やアルミ材押出し材（aluminum　extruded　material）等、より形状自由度が高い金属加工方法（metal　forming　method）を扱える場合は、最適構造１２５の形状そのままに荷重伝達部材を製造することで最大の効果が得られる。
　これにより、自動車の衝突時に車体骨格部品に入力した衝突荷重を複数の耐荷重部品の耐荷重以下の荷重に分配して伝達させることができ、自動車の衝突時に車体部品（バッテリー等）や車室空間を保護することができる。
　本発明に係る自動車の車体骨格部品における荷重伝達構造の最適化解析方法、装置及びプログラムの効果を検証する実験を行ったので、以下、これについて説明する。
　本実施例では、前述した実施の形態１と同様に、図８に示すような、バッテリーケース１０３にバッテリー１０１が収納された電気自動車の車体１００の側面にポール２００が衝突した際にバッテリーケース１０３を保護するため、図９に示すサイドシル１０５とフロアクロスメンバ１０７とバッテリーケース固定部品１０９とを備えた車体モデル１１０を解析対象とし、サイドシル１０５に入力した衝突荷重を分配してフロアクロスメンバ１０７及びバッテリーケース固定部品１０９に伝達する最適な荷重伝達構造を求めた（発明例）。
　そして、最適化解析を行うに先立って、本実施例では、まず、図９に示す側面衝突解析を行い、図３に示すように、サイドシル１０５における衝突荷重入力部位及び衝突荷重を求めた。側面衝突解析においては、サイドシル１０５の側面かつ２本のフロアクロスメンバ１０７の中間位置に直径250mmのポールが衝突するものとした。
　続いて、車体骨格部品における荷重伝達構造の最適化解析の解析対象とする車体モデル１１０を取得した。車体モデル１１０は、図２に示すように、車体骨格部品であるサイドシル１０５と、耐荷重部品であるフロアクロスメンバ１０７とバッテリーケース固定部品１０９と、が平面要素でモデル化されたものである。
　次に、車体モデル１１０における荷重伝達構造が配設可能な領域として、サイドシルインナ１０５ａとサイドシルアウタ１０５ｂとの間の閉断面空間に設計空間１１１を設定した。
　次に、設計空間１１１に、最適化の解析処理の対象とする最適化ブロックモデル１１３を生成し、最適化ブロックモデル１１３を車体モデル１１０と結合して最適化解析モデル１２０を生成した。
　次に、生成した最適化解析モデル１２０に対して、最適化の解析処理を行うための解析条件を設定した。最適化の解析処理の解析条件の設定において、まず、側面衝突解析の結果に基づいて、図３に示すように、サイドシル１０５における衝突荷重入力部位１２１と、複数の荷重伝達部位１２３と、を設定した。衝突荷重入力部位１２１は、側面衝突解析においてポール２００がサイドシル１０５に接触する部位とした。さらに、荷重伝達部位１２３は、図３に示すようにサイドシル１０５とフロアクロスメンバ１０７とが接続している部位（１２３ａ及び１２３ｂ）と、サイドシル１０５とバッテリーケース固定部品１０９とが接続している部位（１２３ｃ）とした。
　次に、サイドシル１０５からフロアクロスメンバ１０７とバッテリーケース固定部品１０９へと伝達する伝達荷重を決定した。本実施例では、図９に示す車体モデル１１０の側面衝突解析の結果に基づいて、フロアクロスメンバ１０７へと荷重が伝達する荷重伝達部位１２３ａ及び１２３ｂにおける伝達荷重を200kN、バッテリーケース固定部品１０９へと荷重が伝達する荷重伝達部位１２３ｃにおける伝達荷重を300kNと決定した。
　次に、図３に示すように、フロアクロスメンバ１０７及びバッテリーケース固定部品１０９への伝達荷重（200kN、200kN及び300kN）を荷重伝達部位１２３ａ、１２３ｂ及び１２３ｃのそれぞれに対して衝突荷重（700kN）の反力として設定して最適化解析モデル１２０への入力荷重とする荷重条件と、衝突荷重入力部位１２１の変位を拘束する拘束条件と、を設定した。
　次に、最適化解析条件として、荷重伝達部位１２３（１２３ａ、１２３ｂ及び１２３ｃ）における変位を最小とする目的関数と、３か所の荷重伝達部位１２３ａ、１２３ｂ及び１２３ｃにおける変位が等しいとする制約条件を設定した。さらに、制約条件として、最適化ブロックモデルの体積制約率を設計空間全体の体積の5%以下を設定した。
　そして、解析条件として設定した荷重条件、拘束条件及び最適化解析条件の下で、最適化ブロックモデルの最適化処理を行い、最適な荷重伝達構造として、最適化ブロックモデルの最適構造を求めた。
　本実施例では、比較対象として、図６に示すように、衝突荷重入力部位１２１に衝突荷重（=700kN）が入力する荷重条件と、荷重伝達部位１２３（１２３ａ、１２３ｂ、１２３ｃ）の変位を拘束する拘束条件と、を設定し、発明例と同様に最適化処理を行い、最適化ブロックモデル１１３の最適構造を求めた（比較例）。比較例における最適化解析条件については、衝突荷重入力部位１２１の変位を最小とする目的関数と、最適化ブロックモデルの体積制約率を設計空間全体の体積の5%以下とする制約条件と、を設定した。
　図４に、発明例として求めた最適化ブロックモデルの最適構造１２５を示す。さらに、図７に、比較例として求めた最適化ブロックモデルの最適構造１２７を示す。
　発明例における最適化ブロックモデルの最適構造１２５は、サイドシルアウタ１０５ｂの上部からフロアクロスメンバ１０７への荷重伝達部位１２３ａ及び１２３ｂへと延在する部位１２５ａと、サイドシルアウタ１０５ｂの下部からバッテリーケース固定部品１０９への荷重伝達部位１２３ｃへと延在する部位１２５ｂと、に加え、部位１２５ａと部位１２５ｂとを連結する部位１２５ｃと、を有する構造となった。
　一方、比較例における最適化ブロックモデルの最適構造１２７は、サイドシルアウタ１０５ｂの上部からフロアクロスメンバ１０７への荷重伝達部位１２３ａ及び１２３ｂへと延在する部位１２７ａと、サイドシルアウタ１０５ｂの下部からバッテリーケース固定部品１０９への荷重伝達部位１２３ｃへと延在する部位１２７ｂと、を有する構造となったものの、発明例の最適構造１２５で見られた、部位１２７ａと部位１２７ｂとを接続する部位は得られなかった。このことから、発明例の最適構造１２５における部位１２５ｃは、３か所の荷重伝達部位１２３ａ、１２３ｂ及び１２３ｃにおける変位が等しく最小とするために機能する部位と考えられる。
　次に、最適化解析により求めた最適構造の効果を検証するために、図６に示すサイドシル１０５を用いて、荷重伝達試験を実施した。荷重伝達試験においては、サイドシル１０５の内側に最適化ブロックモデルの最適構造１２５（発明例）又は最適構造１２７（比較例）を配設し、衝突荷重入力部位１２１に700kNの荷重を付与し、２本のフロアクロスメンバ１０７への荷重伝達部位１２３ａ及び１２３ｂとバッテリーケース固定部品１０９への荷重伝達部位１２３ｃにおける伝達荷重を求めた。表１に、発明例に係る最適化ブロックモデルの最適構造１２５又は比較例に係る最適化ブロックモデルの最適構造１２７が配設されたサイドシル１０５の荷重伝達部位１２３ａ、１２３ｂ及び１２３における伝達荷重の解析結果を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　表１において、フロアクロスメンバNo.1及びフロアクロスメンバNo.2は荷重伝達部位１２３ａ及び荷重伝達部位１２３ｂそれぞれにおける伝達荷重、バッテリーケース固定部品への伝達荷重は荷重伝達部位１２３ｃにおける伝達荷重である。
　表１に示すように、発明例に係る最適化ブロックモデルの最適構造１２５の場合、各荷重伝達部位１２３における伝達荷重はほぼ目標通りの荷重分配を実現できた。これに対し、比較例に係る最適化ブロックモデルの最適構造１２７の場合、荷重伝達部位１２３における伝達荷重を調整することはできないため、クロスメンバへの伝達荷重は目標よりも50kN小さく、バッテリーケース固定部品への伝達荷重は100kN大きい結果となり、目標と大きく異なる結果となった。
　以上、本発明に係る自動車の車体骨格部品における荷重伝達構造の最適化解析方法、装置及びプログラムによれば、車体骨格部品に入力した衝突荷重を適切に配分して耐荷重部品の耐荷重以下の荷重で伝達させることができる最適な荷重伝達構造を求めることが可能であることが示された。
　本発明によれば、自動車の衝突時に車体骨格部品に入力した衝突荷重を分配して複数の耐荷重部品に伝達させる最適な荷重伝達構造を求める自動車の車体骨格部品における荷重伝達構造の最適化解析方法、装置及びプログラムと、自動車の車体骨格部品における荷重伝達部材の製造方法を提供することができる。
　１　荷重伝達構造最適化解析装置
　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　演算処理部
　１３　車体モデル取得部
　１５　設計空間設定部
　１７　最適化ブロックモデル生成部
　１９　結合処理部
　２１　解析条件設定部
　２１ａ　衝突荷重入力部位及び荷重伝達部位設定部
　２１ｂ　耐荷重部品伝達荷重決定部
　２１ｃ　荷重拘束条件設定部
　２１ｄ　最適化解析条件設定部
　２３　最適化解析部
　３１　車体モデルファイル
　１００　車体
　１０１　バッテリー
　１０３　バッテリーケース
　１０３ａ　バッテリーケースアッパ
　１０３ｂ　バッテリーケースロア
　１０５　サイドシル
　１０５ａ　サイドシルインナ
　１０５ｂ　サイドシルアウタ
　１０７　フロアクロスメンバ
　１０７ａ　フロアクロスメンバ
　１０７ｂ　フロアクロスメンバ
　１０９　バッテリーケース固定部品
　１１０　車体モデル
　１１１　設計空間
　１１３　最適化ブロックモデル
　１２０　最適化解析モデル
　１２１　衝突荷重入力部位
　１２３　荷重伝達部位
　１２３ａ　荷重伝達部位
　１２３ｂ　荷重伝達部位
　１２３ｃ　荷重伝達部位
　１２５　最適構造
　１２５ａ　部位
　１２５ｂ　部位
　１２５ｃ　部位
　１２７　最適構造
　１２７ａ　部位
　１２７ｂ　部位
　２００　ポール

Claims (8)

  1. 　車体骨格部品と複数の耐荷重部品とを備えてなる自動車の衝突時に前記車体骨格部品に入力した衝突荷重を分配して複数の前記耐荷重部品に伝達させる最適な荷重伝達構造を、コンピュータが以下の各ステップを行うことにより求める自動車の車体骨格部品における荷重伝達構造の最適化解析方法であって、
    　前記車体骨格部品と前記耐荷重部品とが平面要素及び／又は立体要素でモデル化された前記自動車の全部又は一部の車体モデルを取得する車体モデル取得工程と、
    　前記車体モデルにおける前記荷重伝達構造が配設可能な領域を設計空間として設定する設計空間設定工程と、
    　該設定された設計空間に立体要素でモデル化されて最適化の解析処理を行う最適化ブロックモデルを生成する最適化ブロックモデル生成工程と、
    　該生成した最適化ブロックモデルを前記車体モデルに結合して最適化解析モデルを生成する結合処理工程と、
    　前記最適化の解析処理を行うための解析条件を設定する解析条件設定工程と、
    　該設定した解析条件の下で前記最適化ブロックモデルの最適な構造を求める最適化解析を行う最適化解析工程と、を含み、
    　前記解析条件設定工程は、
    　　前記最適化解析モデルの前記車体骨格部品における衝突荷重が入力する部位に衝突荷重入力部位と、複数の前記耐荷重部品のそれぞれに荷重を伝達させる前記車体骨格部品における部位に荷重伝達部位と、を設定する衝突荷重入力部位及び荷重伝達部位設定ステップと、
    　　前記最適化解析モデルに入力する衝突荷重を複数の前記耐荷重部品の耐荷重以下に分配し、各前記荷重伝達部位における前記耐荷重部品への伝達荷重を決定する耐荷重部品伝達荷重決定ステップと、
    　　該決定した前記耐荷重部品への伝達荷重を各前記荷重伝達部位のそれぞれに対して前記衝突荷重の反力として設定して前記最適化解析モデルへの入力荷重とする荷重条件と、前記衝突荷重入力部位の変位を拘束する拘束条件と、を設定する荷重拘束条件設定ステップと、
    　前記最適化解析工程における前記最適化解析の最適化解析条件として、所定の目的関数と、複数の前記荷重伝達部位の変位が等しいとする制約条件と、を設定する最適化解析条件設定ステップと、を含む、自動車の車体骨格部品における荷重伝達構造の最適化解析方法。
  2. 　前記最適化解析条件設定ステップは、前記制約条件として、さらに前記最適化ブロックモデルの体積制約率を前記設計空間全体の体積の3%以上7%以下の範囲内の所定の値以下と設定し、
    　前記最適化解析工程は、トポロジー最適化の密度法を用いた最適化解析を行う、請求項１に記載の自動車の車体骨格部品における荷重伝達構造の最適化解析方法。
  3. 　前記車体骨格部品は、前記自動車の側部に配設されて車体前後方向に延在するサイドシルとし、
    　前記耐荷重部品は、前記自動車の下部に配設されたバッテリーケースを前記サイドシルと接続するバッテリーケース固定部品とフロアクロスメンバとし、
    　前記解析条件設定工程に先立って、前記車体モデルを対象とし、該車体モデルにおける車体幅方向外側から前記サイドシルにポールが衝突する側面衝突解析を行い、
    　前記側面衝突解析の結果に基づいて、
    　　前記衝突荷重入力部位及び荷重伝達部位設定ステップは、前記車体モデルの車体骨格部品における前記衝突荷重入力部位及び荷重伝達部位を設定し、
    　　前記耐荷重部品伝達荷重決定ステップは、前記車体骨格部品に入力する衝突荷重及び耐荷重部品への伝達荷重を決定する、請求項１又は２に記載の自動車の車体骨格部品における荷重伝達構造の最適化解析方法。
  4. 　請求項１乃至請求項３のうち、いずれか１項に記載の自動車の車体骨格部品における荷重伝達構造の最適化解析方法を用いて前記車体骨格部品の荷重伝達部材の構造を求め、
    　該求めた荷重伝達部材の構造に基づいて該荷重伝達部材の形状を決定し、
    　該決定した形状に従って前記荷重伝達部材を製造する、自動車の車体骨格部品における荷重伝達部材の製造方法。
  5. 　車体骨格部品と複数の耐荷重部品とを備えてなる自動車の衝突試験において前記車体骨格部品に入力した衝突荷重を分配して複数の前記耐荷重部品に伝達させる最適な荷重伝達構造を求める自動車の車体骨格部品における荷重伝達構造の最適化解析装置であって、
    　前記車体骨格部品と前記耐荷重部品とが平面要素及び／又は立体要素でモデル化された前記自動車の全部又は一部の車体モデルを取得する車体モデル取得部と、
    　前記車体モデルにおける前記荷重伝達構造が配設される領域に設計空間を設定する設計空間設定部と、
    　該設定された設計空間に立体要素でモデル化されて前記荷重伝達構造の最適化の解析処理を行う最適化ブロックモデルを生成する最適化ブロックモデル生成部と、
    　該生成した最適化ブロックモデルを前記車体モデルに結合して最適化解析モデルを生成する結合処理部と、
    　前記最適化の解析処理を行うための解析条件を設定する解析条件設定部と、
    　該設定した解析条件の下で前記最適化ブロックモデルの最適な構造を求める最適化解析を行う最適化解析部と、を備え、
    　前記解析条件設定部は、
    　　前記最適化解析モデルにおける衝突荷重が入力する部位に衝突荷重入力部位と、複数の前記耐荷重部品のそれぞれに荷重を伝達させる部位に荷重伝達部位と、を前記最適化解析モデルに設定する衝突荷重入力部位及び荷重伝達部位設定部と、
    　　複数の前記耐荷重部品それぞれの耐荷重以下となるように前記最適化解析モデルに入力する衝突荷重を配分して各前記耐荷重部品の荷重伝達部位における伝達荷重を決定する耐荷重部品伝達荷重決定部と、
    　　複数の前記荷重伝達部位のそれぞれに対して前記衝突荷重の反力として各前記耐荷重部品への伝達荷重を設定して前記最適化解析モデルへの入力荷重とする荷重条件と、前記衝突荷重入力部位の変位を拘束する拘束条件と、を設定する荷重拘束条件設定部と、
    　前記最適化解析部において行う前記最適化解析の最適化解析条件として、所定の目的関数と、複数の前記荷重伝達部位の変位が等しいとする制約条件と、を設定する最適化解析条件設定部と、を有する、自動車の車体骨格部品における荷重伝達構造の最適化解析装置。
  6. 　前記最適化解析条件設定部は、前記制約条件として、さらに前記最適化ブロックモデルの体積制約率を前記設計空間全体の3%以上7%以下の範囲内で設定し、
    　前記最適化解析部は、トポロジー最適化の密度法を用いた最適化解析を行う、請求項５に記載の自動車の車体骨格部品における荷重伝達構造の最適化解析装置。
  7. 　車体骨格部品と複数の耐荷重部品とを備えてなる自動車の衝突試験において前記車体骨格部品に入力した衝突荷重を分配して複数の前記耐荷重部品に伝達させる最適な荷重伝達構造を求める自動車の車体骨格部品における荷重伝達構造の最適化解析プログラムであって、
    　コンピュータを、
    　前記車体骨格部品と前記耐荷重部品とが平面要素及び／又は立体要素でモデル化された前記自動車の全部又は一部の車体モデルを取得する車体モデル取得部と、
    　前記車体モデルにおける前記荷重伝達構造が配設される領域に設計空間を設定する設計空間設定部と、
    　該設定された設計空間に立体要素でモデル化されて前記荷重伝達構造の最適化の解析処理を行う最適化ブロックモデルを生成する最適化ブロックモデル生成部と、
    　該生成した最適化ブロックモデルを前記車体モデルに結合して最適化解析モデルを生成する結合処理部と、
    　前記最適化の解析処理を行うための解析条件を設定する解析条件設定部と、
    　該設定した解析条件の下で前記最適化ブロックモデルの最適な構造を求める最適化解析を行う最適化解析部と、として実行させる機能を備え、
    　前記解析条件設定部を、
    　　前記最適化解析モデルにおける衝突荷重が入力する部位に衝突荷重入力部位と、複数の前記耐荷重部品のそれぞれに荷重を伝達させる部位に荷重伝達部位と、を前記最適化解析モデルに設定する衝突荷重入力部位及び荷重伝達部位設定部と、
    　　複数の前記耐荷重部品それぞれの耐荷重以下となるように前記最適化解析モデルに入力する衝突荷重を配分して各前記耐荷重部品の荷重伝達部位における伝達荷重を決定する耐荷重部品伝達荷重決定部と、
    　　複数の前記荷重伝達部位のそれぞれに対して前記衝突荷重の反力として各前記耐荷重部品への伝達荷重を設定して前記最適化解析モデルへの入力荷重とする荷重条件と、前記衝突荷重入力部位の変位を拘束する拘束条件と、を設定する荷重拘束条件設定部と、
    　前記最適化解析部において行う前記最適化解析の最適化解析条件として、所定の目的関数と、複数の前記荷重伝達部位の変位が等しいとする制約条件と、を設定する最適化解析条件設定部と、として機能させる、自動車の車体骨格部品における荷重伝達構造の最適化解析プログラム。
  8. 　前記最適化解析条件設定部は、前記制約条件として、さらに前記最適化ブロックモデルの体積制約率を前記設計空間全体の3%以上7%以下の範囲内で設定し、
    　前記最適化解析部は、トポロジー最適化の密度法を用いた最適化解析を行う、請求項７に記載の自動車の車体骨格部品における荷重伝達構造の最適化解析プログラム。
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