(57)【要約】【課題】精度の高いシミュレーションモデルを得ることが可能な技術を提供する。【解決手段】解析対象物を特定の軸方向へ振動させた際の状態量と荷重との関係を示す第一の係数行列を、解析対象物を特定の軸方向へ振動させた際に観測される状態量と与えた荷重との関係から導出し、解析対象物を複合方向へ振動させた際に観測される解析対象物の状態量から、複合方向へ振動させた際の荷重と第一の係数行列とに基づいて算出される解析対象物の状態量を除去し、解析対象物が複合方向へ振動する際の解析対象物の状態量と荷重との関係を示す第二の係数行列を、除去した解析対象物の状態量と解析対象物を複合方向へ振動させた際に解析対象物へ与えた荷重との関係から導出し、解析対象物を特定の軸方向へ振動させた場合の状態量を示す行列に第一の係数行列を乗算したものと、解析対象物を複合方向へ振動させた場合の解析対象物の状態量を示す行列に第二の係数行列を乗算したものとの組み合わせを解析対象物のシミュレーションモデルとして導出する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
解析対象物のシミュレーションモデルを生成するモデル生成方法であって、
前記解析対象物を特定の軸方向へ振動させた際の該解析対象物の状態量と該解析対象物へ与えられる荷重との関係を示す第一の係数行列を、該解析対象物を該特定の軸方向へ振動させた際に観測される該解析対象物の状態量と該解析対象物へ与えた荷重との関係から導出し、
前記解析対象物を前記特定の軸方向を除く様々な方向である複合方向へ振動させた際に観測される該解析対象物の状態量から、該複合方向へ振動させた際に該解析対象物へ与えた荷重と前記第一の係数行列とに基づいて算出される該解析対象物の状態量を除去し、
前記解析対象物が前記複合方向へ振動する際の該解析対象物の状態量と該解析対象物へ与えられる荷重との関係を示す第二の係数行列を、前記除去した解析対象物の状態量と該解析対象物を該複合方向へ振動させた際に該解析対象物へ与えた荷重との関係から導出し、
前記解析対象物を前記特定の軸方向へ振動させた場合の該解析対象物の状態量を示す行列に前記第一の係数行列を乗算したものと、該解析対象物を前記複合方向へ振動させた場合の該解析対象物の状態量を示す行列に前記第二の係数行列を乗算したものとの組み合わせを該解析対象物のシミュレーションモデルとして導出する、
モデル生成方法。
【請求項２】
前記解析対象物の状態量とは、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各軸に平行な方向と各軸回りの回転方向からなる６軸の状態量である、
請求項１に記載のモデル生成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被測定物の挙動シミュレーションモデルを生成する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
工業製品の開発においては、機械部品の挙動を把握するために様々なシミュレーションが行なわれる。シミュレーションを行なうには、機械部品のシミュレーションモデルを用意する必要がある。例えば、特許文献１には、シミュレーション対象の機械部品をランダムに加振し、その機械部品の荷重と変位との関係を捉えることで、被測定物の挙動シミュレーションモデルを生成する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２０１０８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
通常、機械部品は様々な形状を有している。よって、機械部品の挙動は、様々な物理現象を示す方程式が複雑に絡み合うことになる。つまり、シミュレーション対象の機械部品をランダムに加振した場合に観測される機械部品の変位は、様々な物理現象が複合した結果として現れたものとなる。よって、機械部品の挙動シミュレーションモデルを、このように機械部品をランダムに加振した際の荷重と変位との関係に基づいて生成すると、様々な物理現象が複合したシミュレーションモデルが生成されることになる。
【０００５】
このシミュレーションモデルは、様々な物理現象が複合した結果として現れた変位と荷重との関係に基づいて生成されたものであるため、機械部品を特定の方向に加振した場合の挙動をこのシミュレーションモデルで再現すると次のような結果が現れることがある。図１０は、自動車のサスペンションに取り付けられるブッシュ１０１の外観図である。このブッシュ１０１は、鋼製の筒１０２および軸１０３の間に弾性体であるゴム部材１０４を圧入したものであり、ゴム部材１０４にはすぐり１０５が設けられている。このブッシュ１０１の軸１０３を、例えば、図１０の矢印が示す方向に捻った場合、捻る角度が大きくなるにつれてモーメントも大きくなる。このため、このブッシュ１０１のモーメントは、図１１のグラフが示すような結果になるのが一般的である。しかし、このブッシュ１０１をランダムに加振することによって生成した挙動シミュレーションモデルで、軸１０３を捻った場合のモーメントをシミュレーションすると、図１２のグラフが示すような結果が得られてしまう場合がある。
【０００６】
シミュレーション結果がこのようになる原因として、例えば、次のような理由が考えられる。ブッシュ１０１をランダムに加振して軸１０３が捻られると、軸１０３の挙動が、ゴム部材１０４に設けられたすぐり１０５といった形状に影響される。そして、軸１０３の捻りに伴い、軸１０３が図１３のように複合的に変位することがある。軸１０３が変位すると、軸１０３の捻り角とモーメントとが必ずしも比例関係を構成しない。このため、ブッシュ１０１をランダムに加振してシミュレーションモデルを生成すると、このような複合的な変位による影響を受ける。よって、生成したシミュレーションモデルが、ブッシュ１０１の挙動を正しく示したものにならず、既述した図１２のグラフが示すような結果を与え得ることとなる。
【０００７】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、精度の高いシミュレーション
モデルを得ることが可能な技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、解析対象物を特定の軸方向へ振動させた場合とそれ以外の様々な方向へ振動させた場合の両方の場合について得た解析対象物の状態量と荷重との関係から、解析対象物のシミュレーションモデルを導出する。
【０００９】
詳細には、解析対象物のシミュレーションモデルを生成するモデル生成方法であって、前記解析対象物を特定の軸方向へ振動させた際の該解析対象物の状態量と該解析対象物へ与えられる荷重との関係を示す第一の係数行列を、該解析対象物を該特定の軸方向へ振動させた際に観測される該解析対象物の状態量と該解析対象物へ与えた荷重との関係から導出し、前記解析対象物を前記特定の軸方向を除く様々な方向である複合方向へ振動させた際に観測される該解析対象物の状態量から、該複合方向へ振動させた際に該解析対象物へ与えた荷重と前記第一の係数行列とに基づいて算出される該解析対象物の状態量を除去し、前記解析対象物が前記複合方向へ振動する際の該解析対象物の状態量と該解析対象物へ与えられる荷重との関係を示す第二の係数行列を、前記除去した解析対象物の状態量と該解析対象物を該複合方向へ振動させた際に該解析対象物へ与えた荷重との関係から導出し、前記解析対象物を前記特定の軸方向へ振動させた場合の該解析対象物の状態量を示す行列に前記第一の係数行列を乗算したものと、該解析対象物を前記複合方向へ振動させた場合の該解析対象物の状態量を示す行列に前記第二の係数行列を乗算したものとの組み合わせを該解析対象物のシミュレーションモデルとして導出する。
【００１０】
上記モデル生成方法によれば、解析対象物を特定の方向へ振動させた場合の挙動を示す項と複合方向へ振動させた場合の挙動を示す項とが明確に区別された状態のシミュレーションモデルが導出されるので、精度の高いシミュレーションモデルを得ることが可能となる。
【００１１】
なお、本発明は、上記モデル生成方法をコンピュータで実行するプログラムや、このプログラムを記録したコンピュータが読み取り可能な記録媒体でもよい。ここで、コンピュータが読み取り可能な記録媒体とは、データやプログラム等の情報を電気的、磁気的、光学的、機械的、または化学的作用によって蓄積し、コンピュータから読み取ることができる記録媒体をいう。このような記録媒体のうちコンピュータから取り外し可能なものとしては、例えばフレキシブルディスク、光磁気ディスク、CD-ROM、CD-R/W、DVD、DAT、8mm
テープ、メモリカード等がある。また、コンピュータに固定された記録媒体としてハードディスクやＲＯＭ（リードオンリーメモリ）等がある。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、精度の高いシミュレーションモデルを得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】モデル生成システムの構成図である。
【図２】シミュレーションモデルの生成、及びシミュレーションの処理の流れを示すフローチャートである。
【図３】ランダム加振の加振方向を示す図である。
【図４】ランダム加振においてブッシュに加える荷重の波形の一例を示したグラフである。
【図５】非ランダム加振の加振方向を示す図である。
【図６】非ランダム加振の加振方向を示す図である。
【図７】形状連成分について説明する図である。
【図８】複合変位連成分について説明する図である。
【図９】シミュレーション結果を従来例と本実施形態とで比較したグラフである。
【図１０】ブッシュの外観図である。
【図１１】ブッシュを捻った場合のモーメントのグラフである。
【図１２】ブッシュを捻った場合のモーメントを従来例でシミュレーションした場合のグラフである。
【図１３】軸を捻ったブッシュの状態図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本願で開示する発明の実施形態について説明する。以下に説明する実施形態は、本願発明の一態様を例示的に示すものであり、本願発明がこの実施形態に限定されるものではない。
【００１５】
図１は、本実施形態に係るモデル生成システム１の構成図である。モデル生成システム１は、機械部品の挙動を解析するためのシミュレーションモデルを生成するものである。本実施形態では、自動車のサスペンションに取り付けられるブッシュのシミュレーションモデルを得る場合を例に説明するが、その他の機械部品のシミュレーションモデルを得る場合に適用することも可能である。
【００１６】
このモデル生成システム１は、加振器２を内蔵し、ブッシュに対し加振を行い、ブッシュの荷重及び変位を検出する分力測定装置３と、加振器２を制御したり分力測定装置３で得たデータを処理したりするコンピュータ４とを備える。ブッシュへの加振とは、ブッシュの軸（あるいは内筒）と外筒とを相対的に動かすことであり、このモデル生成システム１は、加振器２でブッシュを加振することにより、ゴムが圧入されているブッシュの軸と外筒との間の相対的な状態量を分力測定装置３で測定することにより、ブッシュのシミュレーションモデルを得る。
【００１７】
コンピュータ４は、図示しないＣＰＵ、メモリ、ハードディスク等を備えており、コンピュータプログラムが実行されることにより、ブッシュの荷重と変位との関係についての行列演算式を求める演算部５が実現される。また、コンピュータ４のメモリやハードディスクに、演算部５により求められた行列演算式を記憶する行列演算式記憶領域６や、分力測定装置３により検出されたブッシュの荷重及び変位のデータを記憶する荷重・変位データ記憶領域７が用意される。
【００１８】
次に、モデル生成システム１によるシミュレーションモデルの生成、及び生成したモデルを使ったシミュレーションについて説明する。図２に、シミュレーションモデルの生成、及びシミュレーションの処理の流れを示すフローチャートを示す。
【００１９】
ユーザは、シミュレーション対象のブッシュを分力測定装置３内の加振器２に配置する（Ｓ１０１）。
【００２０】
分力測定装置３は、加振器２にブッシュが配置されると、当該加振器２を駆動してブッシュをランダムに加振する（Ｓ１０２）。図３に、ランダム加振の加振方向を示す。ランダム加振は、図３に示すように、主軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）の方向及び主軸の回転方向で構成される６軸以外の方向に加振するものである。図４は、ランダム加振においてブッシュに加える荷重の波形の一例をＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向についてそれぞれ示したグラフである。Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸のそれぞれの軸方向の荷重Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚが、図４のグラフに示されるような不規則な波形を形成するように、加振器２がブッシュを加振する。ランダム加振は、図４のグラフに示されるように、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸のそれぞれが常に不規則な波形を形成するようにブッシュを加振しているため、ブッシュは、単軸、すなわち、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、及びこれらの軸回りの方向のみに加振されることがない。
【００２１】
分力測定装置３は、ブッシュをランダムに加振したら、次に、ブッシュを非ランダムに加振する（Ｓ１０３）。図５及び図６に、非ランダム加振の際のブッシュの加振方向を示す。非ランダム加振の場合は、加振器２が、図５に示すようにＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各軸についての軸方向に移動するようにブッシュを加振し、図６に示すように各軸で回転するようにブッシュを加振する。すなわち、非ランダム加振は、ランダム加振と異なり、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各軸についての軸方向及び軸回りの計６軸について、それぞれ単独に加振する（換言すると、加振したい軸方向以外の軸方向の変位が零になるように加振する）ものである。なお、非ランダム加振の場合、加振する軸方向以外の方向への変位は零であるが、荷重は零に限られるものではない。
【００２２】
分力測定装置３は、加振器２による加振が行われている状態で、ブッシュのＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各軸についての軸方向及び軸を回転する方向のそれぞれの荷重については歪センサで、変位については加速度ピックアップで計測する。分力測定装置３は、ランダム加振したときと非ランダム加振したときにそれぞれ計測したブッシュの荷重データ及び変位のデータを、荷重・変位データ記憶領域７に記憶させる（Ｓ１０４）。
【００２３】
次に、演算部５は、荷重・変位データ記憶領域７に記憶された荷重データ及び変位データを処理してブッシュのシミュレーションモデルを生成する（Ｓ１０６）。まず、非ランダム加振の際にブッシュに加えた荷重と運動状態との関係を下記数式１のように定義し、数式１の“関係マトリクス１”を、例えば最小二乗法やニューラルネットワーク等を用いて以下のように同定する。
【数１】
2010286377.tif 000003
【００２４】
ここで、上記数式１の左辺における“荷重”は、下記数式２に示すような６行１列の行列であり、ブッシュのＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向のそれぞれの荷重Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ、及び各軸のモーメントＭｘ、Ｍｙ、Ｍｚで構成される。
【数２】
2010286377.tif 000004
【００２５】
また、上記数式１の右辺における“関係マトリクス１”は、下記数式３に示すような６行１８列の係数行列であり、１０８個の係数で構成される。
【数３】
2010286377.tif 000005
【００２６】
また、上記数式１の右辺における“運動状態１”は、下記数式４に示すような１８行１列の行列であり、変位に関するパラメータで構成される。この行列は、下記数式４に示すように、各方向の変位について単独で表した多項式であり、異なる方向の変位との掛け合わせの項は存在していない。
【数４】
2010286377.tif 000006
【００２７】
演算部５は、荷重・変位データ記憶領域７にアクセスしてブッシュを非ランダムに加振したときの荷重データ及び変位データを取得したら、最小二乗法やニューラルネットワーク等を用いて上記数式１の「関係マトリクス１」を同定する。
【００２８】
次に、ブッシュをランダムに加振したときの荷重データを補正する。すなわち、演算部５は、荷重・変位データ記憶領域７にアクセスしてブッシュをランダムに加振したときの荷重データ及び変位データを下記数式５に入力することにより、補正した荷重データを得る。
【数５】
2010286377.tif 000007
【００２９】
ここで、上記数式５の右辺における“関係マトリクス２”は、下記数式６に示す６行１８列の係数行列である。
【数６】
2010286377.tif 000008
【００３０】
また、上記数式５の右辺における“ランダム加振で測定された運動状態”は、下記数式７に示すような７２行１列の行列であり、変位に関するパラメータで構成される。ここで、この行列は、数式４と異なり、互いに異なる方向の変位同士の積の多項式で構成されている。よって、非ランダム加振の際の変位のデータをこの行列に入力すると、零となる。
【数７】
2010286377.tif 000009
【００３１】
次に、演算部５は、ランダム加振の際の荷重と運動状態との関係を同定する。すなわち、既述した数式１と同様、ランダム加振の際のブッシュの荷重と運動状態との関係を下記数式８のように定義し、数式６の“関係マトリクス２”を同定する。演算部５は、上記数式５により得た補正後の荷重データと、荷重・変位データ記憶領域７に記憶されているランダム加振の際の変位データを下記数式８に入力し、数式６の“関係マトリクス２”を、例えば最小二乗法やニューラルネットワーク等を用いて同定する。
【数８】
2010286377.tif 000010
【００３２】
演算部５は、上記一連の処理によって“関係マトリクス１”及び“関係マトリクス２”を同定したら、ブッシュのシミュレーションモデルを下記数式９のように定義する。すなわち、“関係マトリクス１”によって定義される非ランダム加振の際の関係式と、“関係マトリクス２”によって定義されるランダム加振の際の関係式とを足し合わせることで、下記数式９に示されるようなブッシュのシミュレーションモデルを導出する。下記数式９は、右辺の第１項がブッシュの主軸特性と形状連成分を表し、第２項が複合変位による連成特性を表す。ここで、形状連成分とは、図７に示すように、ブッシュの形状が非対称で
あるが故に、変位する方向と異なる方向に生じる力のことである。また、複合変位連成分とは、例えば図８に示すように軸が捻られながら変位するような複合変位により、荷重―変位特性が変わることをいう。
【数９】
2010286377.tif 000011
【００３３】
再び図２のフロー図に戻って説明する。演算部５によって求められたシミュレーションモデルは、行列演算式記憶領域６に記憶される（Ｓ１０６）。
【００３４】
その後は、このモデルを用いたシミュレーションが行われる。例えば、行列演算式記憶領域６に記憶されたシミュレーションモデルを読み出し、汎用有限要素法プログラムを実行することで、ブッシュを含む構造についてのシミュレーションを行う（Ｓ１０７）。例えば、ブッシュ部分を上記シミュレーションモデルに基づいて得られた係数行列の特性を有するばね要素で記述し、ブッシュ以外の車両部分（本体側と、本体側にブッシュで接続されるサスペンション側）を有限要素に分割し、車両全体の剛性等がシミュレートされる。
【００３５】
上記実施形態によれば、ブッシュといったゴム製の弾性部材のように、荷重によって大きく変形する機械部品の荷重と変位との関係を、より適切なシミュレーションモデルで特定することが可能となる。図９に、シミュレーション結果を従来例と本実施形態とで比較したグラフを示す。図９に示すように、従来例によれば、ブッシュを特定の方向に加振した場合の荷重が、シミュレーション結果と実測値とで大きく乖離する場合があった。しかし、本実施形態によれば、実測値に概ね一致するシミュレーション結果を出力するシミュレーションモデルを生成することが可能となる。なお、高次項、微分項等を追加し、関係マトリクスを構成する係数の数を増やせば、より正確な結果を示すシミュレーションモデルを生成することが可能である。
【符号の説明】
【００３６】
１・・モデル生成システム
２・・加振器
３・・分力測定装置
４・・コンピュータ
５・・演算部
６・・行列演算式記憶領域
７・・荷重・変位データ記憶領域
１０１・・ブッシュ
１０２・・筒
１０３・・軸
１０４・・ゴム部材
１０５・・すぐり
【図１】
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【図２】
2010286377.tif 000013
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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