(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
導体線を絶縁層にて被覆してなる電線を複数本束ねた電線束が、所定の保護管内を貫通するとともに、前記保護管とは異なる外部構造体に固定される場合に、前記外部構造体の動作に起因した前記電線束の屈曲による断線に至るまでの屈曲寿命を有限要素法に従って予測する電線束の屈曲寿命予測方法であって、
前記電線束、前記保護管及び前記外部構造体のそれぞれの初期形状を決定する初期形状決定工程と、
前記外部構造体の動作を仮想して前記電線束及び前記保護管の伸屈変形を解析し、前記電線束の曲率変化を計算する伸屈動作解析工程と、
前記伸屈動作解析工程で得られた曲率変化に基づいて、予測対象となる前記電線束の歪み変化量を算出する歪み変化量算出工程と、
前記歪み変化量算出工程で算出された前記歪み変化量により予め設定された寿命予測曲線に照合して、前記電線束の屈曲寿命を予測する照合工程と
を備え、
前記初期形状決定工程では、前記電線束の初期形状を、前記電線束の中心線の初期形状に代替させ、前記保護管の初期形状を、前記保護管の前記電線束に対する余裕空間の余裕寸法のみを内径とする仮想パイプの初期形状に代替させ、当該仮想パイプの両端部において前記電線束の中心線が拘束されないように前記電線束の中心線の初期形状を決定することを特徴とする電線束の屈曲寿命予測方法。
【請求項２】
請求項１に記載の電線束の屈曲寿命予測方法であって、
前記伸屈動作解析工程において、前記電線束の曲率変化を、前記電線束の中心線の曲率変化に代替させることを特徴とする電線束の屈曲寿命予測方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の電線束の屈曲寿命予測方法であって、
前記寿命予測曲線は、１本の単線について、複数の歪み変化量について前記単線を繰り返し曲げを施して、当該単線の断線に至るまでの屈曲回数を実際に測定することにより歪み変化量と前記屈曲回数との相関関係を求めたものであり、
前記歪み変化量算出工程において、前記導体線と前記絶縁層の各曲げ弾性係数を断面積比率によって重み付け平均した１本の仮想的線部材を想定し、当該仮想的線部材を１本の前記電線として、前記仮想的線部材の屈曲を受ける領域内で最も大きく屈曲変化する位置において最も屈曲した状態のいずれか単一の電線の曲げ半径をＲ1とし、最も伸長した状態の前記単一の電線の曲げ半径をＲ2とし、前記Ｒ1と前記Ｒ2の差が最も大きいいずれか単一の電線の半径をｒとして、次式により前記歪み変化量（Δε）を算出することを特徴とする電線束の屈曲寿命予測方法。
Δε＝ｒ・（１／Ｒ1−１／Ｒ2）
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、導体線を絶縁層にて被覆してなる電線が束ねられた電線束であって、自動車や産業機器およびそれらに装着される電気・電子機器の電気信号や電源からの電力を供給する電線束の屈曲による断線に至るまでの屈曲寿命を予測する電線束の屈曲寿命予測方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、自動車のドアとボディとに架け渡される電線束は、防水及び外傷防止を目的とした保護用のグロメット内に貫通した状態で、そのグロメットが自動車のドアとボディとのヒンジ部分に固定される。この場合、ドアが開閉されるたびに電線束が伸屈変形を繰り返すため、その部分の電線束の屈曲寿命を予測することが、電線束の製造及び取付の際の製品選択において重要となる。
【０００３】
ここで、ドアとボディとのヒンジ部分に架け渡されたグロメットの内部の電線束がどの程度の屈曲寿命を有しているかを予測するために、有限要素法（マトリックス応力解析法）を適用することが可能と考えられる。
【０００４】
この有限要素法は、複雑な構造物の連続体の応力分布等をコンピュータを使って解析するシュミレーション技法のひとつであり、解析対象となる構造体を、三角形または矩形の有限要素網目により有限個の要素に分割し、それぞれの要素において基礎微分方程式を立てるとともに、各要素の解が隣接要素の解との間に連続性を満足するように、大きな連立一次方程式（マトリックス方程式）を解く手法である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
有限要素法は、上述のように構造体を有限要素網目で有限個に分割して解析を行うものであるが、上述のように、グロメットの内部に電線束を貫通させた場合、グロメットの形状が蛇腹状であるなどの複雑な構造を有しているため、グロメットを複数の要素に分解してモデリングを行って各要素についてそれぞれの物性を適用すると、かなり煩雑なデータを計算処理しなければならない。また、屈曲寿命の予測対象が、複数の電線束の集合体である電線束であるため、個々の電線束のそれぞれについて個々の要素に分解してモデリングを行い、その各要素について屈曲寿命の予測を行うこととすると、計算処理量が膨大なものとなってしまう。
【０００６】
これらのことから、グロメット内の電線束を有限要素法で解析すると、コンピュータの計算処理負荷が極めて高くなってしまい、計算に要する時間が極めて多大となってしまう。
【０００７】
また、グロメットや電線束の各電線といった個々の構造体を有限要素網目で分割する工程自体が非常に手間のかかるものとなってしまう。
【０００８】
そこで、この発明の課題は、有限要素法によってグロメット内の電線束の屈曲寿命を予測する場合に、モデル化が容易で且つ有限要素法に係るコンピュータの計算処理負荷を低減する電線束の屈曲寿命予測方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決すべく、請求項１に記載の発明は、導体線を絶縁層にて被覆してなる電線を複数本束ねた電線束が、所定の保護管内を貫通するとともに、前記保護管とは異なる外部構造体に固定される場合に、前記外部構造体の動作に起因した前記電線束の屈曲による断線に至るまでの屈曲寿命を有限要素法に従って予測する電線束の屈曲寿命予測方法であって、前記電線束、前記保護管及び前記外部構造体のそれぞれの初期形状を決定する初期形状決定工程と、前記外部構造体の動作を仮想して前記電線束及び前記保護管の伸屈変形を解析し、前記電線束の曲率変化を計算する伸屈動作解析工程と、前記伸屈動作解析工程で得られた曲率変化に基づいて、予測対象となる前記電線束の歪み変化量を算出する歪み変化量算出工程と、前記歪み変化量算出工程で算出された前記歪み変化量により予め設定された寿命予測曲線に照合して、前記電線束の屈曲寿命を予測する照合工程とを備え、前記初期形状決定工程では、前記電線束の初期形状を、前記電線束の中心線の初期形状に代替させ、前記保護管の初期形状を、前記保護管の前記電線束に対する余裕空間の余裕寸法のみを内径とする仮想パイプの初期形状に代替させ、当該仮想パイプの両端部において前記電線束の中心線が拘束されないように前記電線束の中心線の初期形状を決定する。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の電線束の屈曲寿命予測方法であって、前記伸屈動作解析工程において、前記電線束の曲率変化を、前記電線束の中心線の曲率変化に代替させる。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の電線束の屈曲寿命予測方法であって、前記寿命予測曲線は、１本の単線について、複数の歪み変化量について前記単線を繰り返し曲げを施して、当該単線の断線に至るまでの屈曲回数を実際に測定することにより歪み変化量と前記屈曲回数との相関関係を求めたものであり、前記歪み変化量算出工程において、前記導体線と前記絶縁層の各曲げ弾性係数を断面積比率によって重み付け平均した１本の仮想的線部材を想定し、当該仮想的線部材を１本の前記電線として、前記仮想的線部材の屈曲を受ける領域内で最も大きく屈曲変化する位置において最も屈曲した状態のいずれか単一の電線の曲げ半径をＲ1とし、最も伸長した状態の前記単一の電線の曲げ半径をＲ2とし、前記Ｒ1と前記Ｒ2の差が最も大きいいずれか単一の電線の半径をｒとして、次式により前記歪み変化量（Δε）を算出することを特徴とする電線束の屈曲寿命予測方法。
【００１２】
Δε＝ｒ・（１／Ｒ1−１／Ｒ2）
【００１３】
【発明の実施の形態】
｛一の実施の形態｝
図１はこの発明の一の実施の形態に係る電線束の屈曲寿命予測方法の対象となる電線束（ワイヤーハーネス）１及びグロメット（保護管）２を示す側面図である。尚、この実施の形態に記載した電線束１の屈曲寿命の予測方法は、自動車等のドア３（図１中の符号Ａの領域）の所定位置（ドアパネル）４とボディ５（図１中の符号Ｃの領域）の所定位置（ボディパネル）６との間Ｂのヒンジ部付近に設置されるグロメット２内を電線束１が貫通する場合に、ドア３の開閉動作に伴って電線束１が伸屈変化する際の電線束１の屈曲寿命を予測するものである。尚、この明細書では、ドア３、ドアパネル４、ボディ５及びボディパネル６を外部構造体と総称する。
【００１４】
まず、この一の実施の形態の基本的な考え方について説明する。本発明者等は、電線束１の屈曲寿命を支配する因子について鋭意検討を行った。その結果、特に低温下においては、各電線の絶縁層の疲労破壊によりクラックが生じると、そのクラックが生じた部分の導体部に局部的な応力がかかりやすくなることから、電線束１の各電線中の断線は導体部を被覆する絶縁層の疲労破壊に主として支配されるものであり、絶縁層の疲労破壊はその表面歪みの変化量と強い相関を有することを究明した。すなわち、電線束１の屈曲寿命と曲げ変化時の絶縁層表面の歪み変化量との間に強い相関関係が存在するという知見を得たのである。ただし、電線束１が実際に自動車のドア３等に設置される場合には、Ｓ字形やＵ字形等の様々な形状で設置される。そして、その形状によって、電線束１への応力のかかり方も変化する。しかしながら、電線束１が様々な形状で設置されるにも拘わらず、電線束１の屈曲寿命と歪み変化量との間の相関関係は電線束１の形状には依存せず、幅広い屈曲形状において一定であるとの知見も得た。
【００１５】
したがって、電線束１の屈曲寿命と歪み変化量との間の相関関係を予め実験的に求めておけば、様々な製品条件下の電線束１についてその歪み変化量を解析するだけで電線束等の屈曲寿命を予測することができることとなる。
【００１６】
そして、電線束１についてその歪み変化量を解析する場合に、有限要素法によりコンピュータを用いることが効率的であるが、電線束１が複数の電線を含んでおり、またグロメット２の形状が複雑であるため、これらの形状及び物性（曲げ剛性）を厳密にモデリングして有限要素法で解析を行うと、コンピュータの計算処理負荷が多大なものとなってしまう。そこで、この発明は、各構造体の有限要素モデルを単純化してコンピュータの計算処理負荷を低減しながらも、且つ屈曲寿命の予測精度を高く保持し得る屈曲寿命予測方法を提供するものである。
【００１７】
具体的に、この屈曲寿命の予測方法は、有限要素法を用いた電線束１の曲率値を求める曲率値計算工程（図２）と、得られた電線束１の曲率値に基づいて電線束１の予想寿命を得る予想寿命出力工程とを備える。以下、各工程について詳述する。
【００１８】
＜１．曲率値計算工程＞
曲率値計算工程は、有限要素法を用いたコンピュータでの計算処理により、電線束１を模した仮想単線１１（図１５参照）のドア開状態とドア閉状態でのそれぞれの曲率半径Ｒを求める工程であり、図２の如く、コンピュータにパラメータを入力するパラメータ入力工程（ステップＳ０１）と、有限要素法の計算に必要な各構造体の初期形状を決定する初期形状決定工程（ステップＳ０２，Ｓ０４）と、ドア３の開閉動作に伴ってグロメット２内の電線束１が伸屈変化する際の動作解析を行う伸屈動作解析工程（ステップＳ０３，Ｓ０５〜Ｓ０８）とを備える。
【００１９】
１−１  パラメータ入力工程
パラメータ入力工程では、まずステップＳ０１において、後工程での解析処理に必要なパラメータを入力する。
【００２０】
具体的なパラメータの項目としては、電線束１を固定する固定点の取付座標と、電線束１の属性情報と、グロメット２の属性情報と、ドア３の開閉角度と、温度条件とがある。
【００２１】
電線束１の固定点の取付座標としては、例えば図３または図４の如く、自動車のドア３のドアパネル４及びボディ５のボディパネル６の各座標位置を特定するとともに、このドア３及びボディ５のそれぞれにクランプＴ等により電線束１が固定される座標位置を特定してそれぞれ入力を行う。この場合の入力値としては、例えば図３のようにドア３の閉状態での取付座標を入力しておけば、図４に示したドア開状態での電線束１の形状は、ドア３の開状態への変化に伴って計算により求めることができるため、ステップＳ０１において入力する必要がない。
【００２２】
電線束１の属性情報としては、電線束１の各電線（被覆部となる絶縁層を含む）の径、当該導体線の本数、各導体線及び各絶縁層のそれぞれの曲げ剛性の値、電線束１全体としての外径等を特定して入力を行う。ここで、電線束１内の各構造体（導体線及び絶縁層）の曲げ剛性のパラメータは、初期形状、ドア３の開状態及び閉状態のそれぞれにおいて、電線束１の形状を正確にモデリングするために入力するものである。尚、この実施の形態では、後述の通り、電線束１については単純な１本の仮想単線１１（図１５参照）を想定してその形状をモデリングし、そのモデリング形状に基づいて、各電線（被覆部となる絶縁層を含む）の表面の屈曲寿命を予測するようになっているが、例えば繰り返し屈曲寿命予測を行う場合などにおいて、前回の屈曲寿命予測より仮想単線１１の径及び曲げ剛性（曲げ弾性）が予め解っている場合は、当該仮想単線１１の径及び曲げ剛性等のパラメータを直接に入力するようにしてもよい。
【００２３】
グロメット２の属性情報としては、管状のグロメット２の貫通孔の内径及びグロメット２の長さ等を特定して入力を行う。ここで、グロメット２の曲げ剛性については入力の必要がない。この理由は次の通りである。
【００２４】
この電線束１の屈曲寿命予測方法は、文字通りに当該電線束１の屈曲寿命を予測するだけでよいため、グロメット２の屈曲寿命は問題にする必要がない。また、この一の実施の形態では、自動車の低温下での使用における予測値を求めることが目的となっているが、常温や低温といった温度変化に伴うグロメット２の曲げ剛性の変化は、使用される材質の違いに起因して、電線束１の温度変化に伴う曲げ剛性の変化に比べると無視できることを実験により明らかにした。したがって、電線束１が低温下において硬化したときには、グロメット２の形状によって電線束１の形状が束縛されることはほとんどなく、むしろ電線束１の形状によってグロメット２の形状が束縛されることになる。このことから、グロメット２の形状を把握しさえすれば、グロメット２の温度変化に伴う曲げ剛性のパラメータは要求されず、故に、グロメット２の剛性を無視しても、電線束１の屈曲寿命を十分に予測することができることから、グロメット２の曲げ剛性等の物性パラメータをこのステップＳ０１で省略しても、電線束１の屈曲寿命の予測値の精度が低下することはない。
【００２５】
ドア３の開閉角度は、ドア３が閉状態のときの当該ドア３のボディ５に対する相対角度と、ドア３が開状態のときの当該ドア３のボディ５に対する相対角度とを特定して入力する。
【００２６】
また、電線束１については、常温や低温（冬季での冷温に相当する温度を含む）等の温度の変化に応じて曲げ剛性の値が変化するため、温度のパラメータをも入力しておく。
【００２７】
ここで入力された各パラメータは、プロシージャファイルと呼ばれるデータファイルとしてハードディスクドライブ等の所定の記憶装置内に格納される。
【００２８】
１−２  初期形状決定工程
次段の初期形状決定工程では、仮想パイプ９と、電線束１を単純モデル化した仮想単線１１（図１５参照）との初期形状を決定して有限要素モデルを作成する。
【００２９】
まずステップＳ０２において、仮想パイプ９と仮想単線１１とを仮想空間上で直線状に配置してこれらの有限要素モデルを作成する。
【００３０】
この場合、まず図５に示したように、グロメット２の内径寸法Ｄ１の貫通孔７内に、外径Ｄ２の太さを有する電線束１が貫通している現実的なモデル（以下「現実モデル」と称す）を作成しておく。この場合、電線束１に対するグロメット２の余裕空間の余裕寸法は、グロメット２の内径寸法Ｄ１から電線束１の外径Ｄ２を減算した（Ｄ１−Ｄ２）となる。
【００３１】
ここで、電線束１の初期形状を決定する段階では、その太さ（外径Ｄ２）を考慮すると形状決定の作業が複雑になるため、上記の現実モデル以外に、図６のように電線束１の中心軸としての太さを持たない中心線８のみを考慮した仮想モデルをも決定しておく。ただし、この仮想モデルの場合でも、電線束１の外表面とグロメット２の内周面との離間距離は現実の寸法を適用することが望ましい。このことから、図６のように、太さを持たない中心線８から現実の離間距離｛（Ｄ１−Ｄ２）／２｝と同じ寸法だけ離間した仮想パイプ９を想定しておく。仮想パイプ９の内径は（Ｄ１−Ｄ２）である。この値は、上記した余裕空間の余裕寸法に一致している。尚、このステップＳ０２での現実モデル及び仮想モデルでは、電線束１の中心線８が仮想パイプ９の中心線と一致するように配置しておく。ここで決定された直線状の仮想パイプ９の形状を図７に示す。図７中の符号Ｌ１はこの屈曲寿命予測方法の解析計算処理において使用する電線束１（及びその中心線８）の長さ寸法を示しており、少なくともドアの開閉動作によって変形する可能性のある部分の長さ以上に設定される任意の値が適用される。また、符号Ｌ２は実際のグロメット２の長さ寸法であり、ここでは仮想パイプ９の長さ寸法として図示される。
【００３２】
そして、現実モデル及び仮想モデルのそれぞれについて、所定の細かさの有限要素網目を設定して要素分割を行っておく。尚、仮想パイプ９の内部での電線束１の中心線８の形状は、電線束１の中心線８の屈曲寿命の予測を行う上で極めて重要である。このため、要素分割を行う際には、仮想パイプ９の外部で設定する電線束１の中心線８の有限要素網目よりも仮想パイプ９内部の電線束１の中心線８の有限要素網目を細かく設定しておく。
【００３３】
尚、かかるステップＳ０２での作業は、ステップＳ０１で入力されたパラメータに基づいてコンピュータのＣＰＵにおいて自動的に計算処理される。
【００３４】
次に、ステップＳ０３において、図８に示したように、ドア３のドアパネル４及びボディ５のボディパネル６の実状に対応した座標位置から、これらの有限要素モデルを作成する。ここでは、ドアパネル４及びボディパネル６の初期形状として、例えばドア閉状態での形状を適用しておく。また、ドア３及びボディ５のそれぞれにおける電線束１のクランプＴの位置を特定しておく。ここで決定したドアパネル４及びボディパネル６の座標位置は、グロメット２及び仮想パイプ９の取付位置（グロメット位置）を決定付けるものである。このステップＳ０３での作業は、ステップＳ０１で入力されたパラメータに基づいてコンピュータのＣＰＵにおいて自動的に計算処理される。
【００３５】
続くステップＳ０４では、仮想パイプ９及び電線束１の中心線８のモデルでの初期形状を計算する。具体的には、上記ステップＳ０２で作成した仮想パイプ９及び電線束１を、上記ステップＳ０３で作成したドアパネル４及びボディパネル６の座標位置に対応するよう変形し、図９に示したように仮想パイプ９及び電線束１の中心線８の初期形状を決定する。
【００３６】
ここで、電線束１の中心線８の初期形状の決定方法についてさらに詳しく説明する。
【００３７】
例えば、図１０及び図１１のように、グロメット２の内周形状に対応する仮想パイプ９の内部を、電線束１の形状に対応するその中心線８が貫通する場合に、仮想パイプ９の両端部の中心点９ａ，９ｂを電線束１の中心線８が通過するようにして中心線８の形状を決定する方法も考えられる。しかしながら、仮想パイプ９の内部空間内で電線束１の中心線８が寸法的に余裕を持って配される（このことは、グロメット２の内部空間において電線束１が余裕をもって配置されることに対応している）ことから、電線束１の中心線８が仮想パイプ９の両端部の内周の中心点９ａ，９ｂを通過するとは限らない。むしろ、ドア３が開状態になることによって、仮想パイプ９及び電線束１の中心線８が図１０のように湾曲すると、電線束１の中心線８がそのクランプＴの位置に制約を受けることで仮想パイプ９の両端部の内周の中心点９ａ，９ｂからずれた状態になることがほとんどである。このように、電線束１の中心線８を現実のものと異なる形状でモデリングして屈曲寿命の予測を行うと、実際の電線束１の屈曲寿命とは大幅に異なった予測値が計算されることになってしまう。
【００３８】
これらのことから、この実施の形態では、仮想パイプ９の存在をほとんど無視して電線束１の中心線８のモデリングを行う（以下「完全フリーモデル」と称する）。すなわち、電線束１の中心線８（電線束１の形状に対応）及び仮想パイプ９（グロメット２の形状）が一直線状に配置される場合は、図１１のように、電線束１の中心線８が仮想パイプ９の両端部の中心点９ａ，９ｂを通過するように配置するものの、仮想パイプ９が湾曲した場合は、図１２及び図１３のように、その仮想パイプ９の両端部の中心点９ａ，９ｂの座標位置に拘泥せずに、電線束１を固定するドア３及びボディ５のクランプＴの位置にのみ電線束１の中心線８が拘束されるように形状を決定する。
【００３９】
ただし、上述のように、仮想パイプ９がドア３の開状態によって湾曲する場合に、これに対応する現実のグロメット２の内周部分の中間位置において電線束１の表面が当接して形状制約を受けることが予想され、この場合にのみ電線束１の形状がグロメット２の形状によって制約を受けることになる。このことを考慮し、この実施の形態では、後述するステップＳ０６において現実モデルを使用し、仮想単線１１（図１５参照）とグロメット２について、ドア開閉を考慮した形状の規制を行うことになる。ただし、かかる補正は。このステップＳ０４においては実行されず、後述のステップＳ０６において実行される。
【００４０】
このように、仮想パイプ９の内部に電線束１の中心線８を貫通させる場合に、仮想パイプ９の存在を無視して完全フリーモデル（すなわち、電線束１の中心線８の形状が仮想パイプ９によって影響を受けないモデル）として有限要素法により計算を行っているので、電線束１の中心線８としてワイヤーハーネスを適用した場合に、従来のように仮想パイプ９の端末中心に固定されていると仮定して計算をした場合に比べて、屈曲寿命の計算値（予測値）を現実の屈曲寿命の値に近似させることができる。
【００４１】
しかも、仮想パイプ９自体の有限要素法によるコンピュータ解析処理を省略できるため、コンピュータでの計算処理負荷を大幅に低減することができる。さらに仮想パイプ９を有限要素網目によって分割する工程が必要なくなるため、大幅に労力を低減できる。
【００４２】
１−３  伸屈動作解析工程
ステップＳ０５において、上記ステップＳ０３で作成したドアパネル４及びボディパネル６の初期形状のモデルと、上記ステップＳ０４で作成した仮想パイプ９及び電線束１の中心線８の初期形状のモデルとを図１４のように合併して、ドア開閉計算の有限要素モデルを作成する。具体的には、ステップＳ０１で入力した固定点の取付座標を、ステップＳ０３で作成したドアパネル４及びボディパネル６にプロットし、この固定点の取付座標にステップＳ０４で作成した電線束１の中心線８のモデルを重ね合わせる。
【００４３】
次に、ステップＳ０６において、ドア開閉モデルに接触要素を追加する。ここでは現実モデルを用いる。ただし、電線束１の複数の電線について全てをそれぞれの構造体とすると、後段の解析計算が煩雑となるため、電線束１の総合的な物性に基づいて想定された図１５のような仮想単線（仮想的線部材）１１を適用する。仮想単線１１は、電線束１の複数の電線における導体部の金属材料の曲げ弾性係数と、被覆層の絶縁材料の曲げ弾性係数を、その断面積比率によって重み付け平均し、導体部の金属材料と被覆層の絶縁材料とを平均化した仮想的な材料を想定し、かかる仮想的な材料からなる１本の仮想単線１１とする。そして、この仮想単線１１がグロメット２により束縛された状態で接触することから、グロメット２内の仮想単線１１の径を考慮し、その空間占有率を考慮しながら、接触要素を定義して、仮想単線１１の形状の補正を行う。尚、接触要素の具体的な定義方法については、一般的な有限要素モデルにおける接触要素の定義方法と変わりないため、説明の簡便のためここでは詳説しない。
【００４４】
続いて、ステップＳ０７では、ステップＳ０１で入力されたドア３の開閉角度に基づいて、仮想モデルにおける電線束１の中心線８を基準に、ドア３の開状態及び閉状態のそれぞれの場合についての電線束１の中心線８の曲率半径Ｒを計算する。
【００４５】
そして、ステップＳ０８において、電線束１の中心線８の長手方向において、最も伸長した場合と最も屈曲した状態での曲率変化量をステップＳ０７で計算した曲率を基に計算する。この曲率変化量の計算結果は、曲率値ファイルと呼ばれるデータファイルのデータとしてハードディスクドライブ等の所定の記憶装置に記憶する。
【００４６】
＜２．予想寿命出力工程＞
図１６は、予想寿命出力工程の処理手順を示すフローチャートである。ただし、この図１６に示した処理手順に先駆けた事前段階として、電線束１の屈曲寿命と歪み変化量との相関関係を示すマスターカーブ（寿命予測曲線）を予め取得する必要がある。
【００４７】
２−１  マスターカーブ（寿命予測曲線）の取得工程（事前段階）
マスターカーブ（寿命予測曲線）の取得工程においては、単一の単線について、上記の有限要素法による曲率値計算工程での曲率半径の値に基づいて、その単線の歪み変化量を求め、この歪み変化量の値と、実験の結果得られた当該単線の屈曲寿命とを、所定のグラフ座標上でプロットし、図１７のような近似的に相関曲線を求め、これをマスターカーブ（寿命予測曲線）とする。同図の横軸は絶縁層表面の歪み変化量を示し、縦軸は屈曲寿命を示している。
【００４８】
ここで、単線の歪み変化量について説明する。導体線を絶縁層にて被覆してなる単線の半径をｒとする。単線は曲げ変形を受けており、その曲げ半径をＲとすると、曲率ＫはＫ＝１／Ｒで表される。このときに単線の絶縁層の表面に生じている歪みεは次の（１）式のように表される。
【００４９】
0003647760.tif 000002
ここで、ドア３等の屈曲を受ける位置に配置される単線において、その屈曲を受ける位置で最も屈曲した状態の単線の曲げ半径をＲ1とし、最も伸長した状態の単線の曲げ半径をＲ2として、この最も屈曲した状態と最も伸長した状態との間で単線に繰り返し曲げを施したときの絶縁層表面の歪み変化量をΔεとすると、Δεは次の（２）式にて表される。
【００５０】
0003647760.tif 000003
なお、（２）式においてΔＫは単線に繰り返し曲げを施したときの曲率の変化量であり、上述した有限要素法による曲率値計算工程によって算出することができる。その算出されたΔＫを、単線の各部位についてリストアップし、最も値の大きいΔＫを採用して、（２）式から絶縁層表面の歪み変化量Δεを求める。
【００５１】
一方、屈曲寿命については、単線に繰り返し曲げを施して、断線に至るまでの屈曲回数を実際に測定することによって求める。上述の如く、低温下における電線束等の断線は導体部を被覆する絶縁層の疲労破壊に主として支配されているものであり、屈曲寿命には温度依存性がある。従って、屈曲寿命の測定については図１８のように必要な温度ごとに行っておく。同図の横軸は絶縁層表面の歪み変化量を示し、縦軸は屈曲寿命を示している。図１８に示すように、温度が低下するほど屈曲性能が低下、すなわち同じ歪み変化量における屈曲寿命が短くなっている。
【００５２】
２−２  電線を選択して歪み変化量を算出する工程
次に、予測対象となる電線束１内において、最も歪み変化量Δεが大きいと推測される単一の電線について、その歪み変化量Δεを算出する。
【００５３】
ここでは、まず図１６中のステップＳ１１において、電線束１を単純モデル化した仮想単線１１ａとしてではなく、図２０のように、その仮想単線１１ａ内に実際に配置される各電線１２についての形状を、上記した仮想単線１１の形状に対応するように決定する。即ち、ステップＳ０８によって出力された仮想単線１１の最も屈曲した状態と最も伸長した状態の両方の形状に基づいて、仮想単線１１の半径及び個々の電線１２の半径の寸法をも考慮して、その内部で最も歪み変化量Δεの大きな電線１２の最も屈曲した状態と最も伸長した状態の両方の形状を決定する。この場合、図２０のように、仮想単線１１の外周に接して電線１２が配置されているものとし、そのなかで、最も歪み変化量Δεの大きな電線１２が、電線束１の曲げ半径において最も内周側に位置する電線１２として選ばれる。ただし、電線束１において複数の電線１２同士がよじれて配置される場合があり、この場合は、どの電線１２の歪み変化量Δεが最も大きくなるかを予測することが困難になる場合があるため、歪み変化量Δεが最も大きな電線１２が複数ある場合には、そのいずれについても歪み変化量Δεを算出し、これに基づいて最大の歪み変化量Δεを示す電線１２を比較し、事後的に選択すればよい。
【００５４】
そして、ステップＳ１１の後、最大の歪み変化量Δεを有すると推定される電線１２において、最も伸長した状態での曲率半径ＲをＲ1とし、電線が最も屈曲した状態での曲率半径ＲをＲ2とし、電線１２の上記の有限要素法による曲率値計算工程に従って、曲率変化量ΔＫを曲率値ファイルから読み込む。
【００５５】
次に、ステップＳ１２において、電線１２の径をｒとして、選択された電線１２の曲率値（曲率半径の値）に基づいて、その歪み変化量Δεを上記した（２）式に従って計算する。
【００５６】
続いて、ステップＳ１３において、ステップＳ１２で求めた歪み変化量Δεが最大となる選択された電線１２の点を選ぶ。
【００５７】
２−３  マスターカーブ（寿命予測曲線）への照合工程
そして、ステップＳ１４において、ステップＳ１３で選択した最大の歪み変化量Δεを、図１８に示したマスターカーブ（寿命予測曲線）に当てはめ、そのときの縦軸の値を屈曲寿命の予測値とする。ここで、選択された電線１２の屈曲寿命と歪み変化量との間の相関関係自体は電線１２の径に依存しない。したがって、選択された電線１２の歪み変化量を、上述した有限要素法による曲率値計算工程で算出することができれば、選択された電線１２の製品条件によらず、その屈曲寿命を正確に予測することができる。なお、このことは本発明にかかる選択された電線１２の屈曲寿命予測方法が選択された電線１２の製品条件を全く考慮していないことを意味しているのではなく、予測対象としている選択された電線１２の歪み変化量を（２）式に従って算出する段階において、その径ｒを考慮している。このようにすれば、選択された電線１２の製品条件によらず、その屈曲寿命を正確に予測することができるため、ワイヤーハーネスの設計等にその予測結果を反映することによって事前に机上検討が可能となり、最適設計、開発期間の短縮を図ることができる。また、屈曲寿命測定のために実際に行う試験を削減することができる。
【００５８】
ところで、複数の電線が束になった電線束１の応力を有限要素法で解析する場合は、本来的には個々の電線をそれぞれ別個の有限要素として三次元的に解析を行うのが原則であるが、この実施の形態では個々の電線を別個の構造体として三次元的にそれぞれモデリングするのではなく、上述の曲率値計算工程において、擬似的に仮想的な単線（仮想単線１１）に単純化して一本の有限要素として取り扱い、これによりその形状が決定された後に、その内部のうちの最も歪み変化量Δεの大きくなる位置にある単一の電線１２を選択し、この選択された電線１２についてのみ、マスターカーブに照らして屈曲寿命予測を行ってっている。このように、初期形状と最終形状を計算するために、電線束１の実際の構造に基づく物性ではなく仮想単線１１の相当直径及び曲げ剛性をモデリングして演算することで、電線束１の物性を大幅に単純化して演算することができる。そして、その結果として現実の屈曲寿命に極めて近似した屈曲寿命の予測値を得ることができる。したがって、コンピュータを用いた有限要素法（マトリックス応力解析法）で屈曲寿命の予測値を演算する際に、コンピュータの負荷を低減でき、素早く予測値を収束させることが可能となる。
【００５９】
また、上述の曲率値計算工程において、仮想パイプ９の内部を貫通する電線束１の中心線８の形状を決定する場合に、仮想パイプ９の存在を無視して完全フリーモデル（すなわち、電線束１の中心線８の形状が仮想パイプ９によって影響を受けないモデル）として有限要素法により計算を行っているので、電線束１の中心線８としてワイヤーハーネスを適用した場合に、従来のように仮想パイプ９の端末中心に固定されていると仮定して計算をした場合に比べて、屈曲寿命の計算値（予測値）を現実の屈曲寿命の値に近似させることができる。
【００６０】
具体的に、図１９は所定の単線を用いてマスターカーブ（寿命予測曲線）ＭＣを設定しておき、上記した屈曲寿命予測方法で電線束１の屈曲寿命予測を行った例である。
【００６１】
完全フリーモデルを用いずに、仮想パイプ９の端末中心を電線束１の中心線８が固定的に通過すると仮定して歪み変化量Δεを計算をし、且つ実際の屈曲寿命実験を行って断線に至るまでの伸屈運動の回数をプロットした場合、点Ｐ１の結果を得た。しかしながら、この点Ｐ１は、マスターカーブＭＣから大きくずれた点にプロットされていることが解る。
【００６２】
これに対して、上述のような完全フリーモデルを適用して歪み変化量Δεを計算をし、且つ実際の屈曲寿命実験を行って断線に至るまでの伸屈運動の回数をプロットした場合、点Ｐ２の結果を得た。この点Ｐ２は、マスターカーブＭＣに合致しており、この実施の形態の屈曲寿命予測方法の予測精度が極めて高いことを証明している。
【００６３】
しかも、仮想パイプ９自体の有限要素法によるコンピュータ解析処理を省略できるため、コンピュータでの計算処理負荷を大幅に低減することができる。さらに仮想パイプ９を有限要素網目によって分割する工程が必要なくなるため、大幅に労力を低減できる。
【００６４】
尚、上記実施の形態では、ステップＳ１１〜Ｓ１５において、電線束１（仮想単線１１ａ）中で最も歪み変化量Δεの大きな単一の電線１２について寿命予測を行っていたが、これに代えて、単純に仮想単線１１（図１５参照）の表面の屈曲寿命予測を行い、これを電線１２の屈曲寿命予測としてもよい。この場合、（２）式中の径ｒは、仮想単線１１の径（即ち、電線束１の径）を適用して計算すればよい。
【００６５】
｛他の実施の形態｝
上記一の実施の形態では、低温下において、内部の導体部が破断するよりも先に、被覆部としての絶縁層にクラックが生じ、このクラックが原因となって応力が局部的にかかり、その結果内部の導体部が断線する場合の屈曲寿命予測方法について説明していた。
【００６６】
しかしながら、常温である場合においては、被覆材となる絶縁層として温度依存性の少ないハロゲンフリーの樹脂材やＰＥ等を使用する場合や、温度依存性のあるＰＶＣ等の絶縁層を有していても、これらの電線等を繰り返し屈曲していくと、絶縁層の疲労破壊によりクラックが生じる以前に、内部の芯線となる導体部が断線することがある。このことから、常温下においては、電線等の断線は必ずしも導体部を被覆する絶縁層の疲労破壊に起因する場合ばかりでなく、むしろ、電線等の屈曲寿命は、内部の各素線の屈曲寿命に等しいと考えることができる。
【００６７】
この場合には、マスターカーブとして導体部（例えば銅）及び被覆材と同一材料の電線について予めマスターカーブを求めておき、電線束１のうちの最も歪み変化量Δεの大きな電線１２中の導体部について、その歪み変化量Δεを有限要素法により求め、その結果をマスターカーブに照合して導体部の屈曲寿命予測を行えばよい。
【００６８】
この場合においても、電線束１を単線モデル化した仮想単線１１を想定し、上記の一の実施の形態のステップＳ０１〜Ｓ０８と同様にして仮想単線１１の形状を決定した後、歪み変化量Δεが最大となるいずれかの電線１２を選択し、その内部の導体部の形状を、仮想単線１１の形状に応じて決定した後、当該導体部のみの屈曲寿命予測を行えばよい。この場合における（２）式中の径ｒは、導体部の径を適用する。
【００６９】
このようにすれば、上記の一の実施の形態の低温環境下における電線束１の屈曲寿命だけでなく、常温環境下における電線束１の屈曲寿命をも容易に予測することができる。
【００７０】
以上この発明の各実施例について説明したが、この発明の範囲は上記実施例に限られるものではなく、添付された請求の範囲によって規定される。
【００７１】
【発明の効果】
請求項１及び請求項２に記載の発明によれば、複数の電線が束になった電線束の応力を有限要素法で形状解析する場合に、本来的には個々の電線をそれぞれ別個の有限要素として三次元的に解析を行うのが原則であるが、この実施の形態では個々の電線を別個の構造体として三次元的にそれぞれモデリングするのではなく、擬似的に仮想的な単線に単純化して全体的な形状を決定するようにしているので、初期形状と最終形状を計算するために、電線束の実際の構造に基づく物性ではなく仮想単線の相当直径及び曲げ弾性をモデリングして演算することで、電線束の物性を大幅に単純化して演算することができる。そして、その結果として現実の屈曲寿命に極めて近似した屈曲寿命の予測値を得ることができる。したがって、コンピュータを用いた有限要素法（マトリックス応力解析法）で屈曲寿命の予測値を演算する際に、コンピュータの負荷を低減でき、素早く予測値を収束させることが可能となる。
【００７２】
また、請求項１に記載の発明によれば、電線束、保護管及び外部構造体のそれぞれの初期形状を決定する際に、まず電線束の初期形状を、電線束の中心線の初期形状に代替させ、さらに保護管の初期形状を、保護管の電線束に対する余裕空間の余裕寸法のみを内径とする仮想パイプの初期形状に代替させ、当該仮想パイプ９の両端部において電線束の中心線が拘束されないように電線束の中心線の初期形状を決定しているので、仮想パイプの両端部の例えば中心点を電線束の中心線が通るように電線束の形状を拘束する場合に比べて、現実の電線束の形状を反映した曲率変化を導くことが可能となり、屈曲寿命の予測精度が向上する。
【００７３】
さらに、請求項３に記載の発明によれば、１本の単線に繰り返し曲げを施して、予めその歪み変化量と屈曲寿命の実測値との相関関係を得た上で、予測対象となる電線束のうち最も歪み変化量の大きな電線、または電線束を単線モデル化した仮想単線について、その歪み変化量を有限要素法によって算出し、その算出された予測対象電線束の歪み変化量を上記相関関係に照合することによって予測対象電線束の屈曲寿命を予測しているため、電線束の製品条件によらずその屈曲寿命を正確に予測することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】自動車のドア部分に使用されているワイヤーハーネスを示す図である。
【図２】この発明の一の実施の形態に係る電線束の屈曲寿命予測方法における曲率値計算工程を示すフローチャートである。
【図３】ドア閉状態である自動車のドアパネル及びボディパネルと電線束の中心線の各座標位置を特定した状態を示す図である。
【図４】ドア開状態である自動車のドアパネル及びボディパネルと電線束の中心線の各座標位置を特定した状態を示す図である。
【図５】電線束及びグロメットを示す断面図である。
【図６】電線束の中心線及び仮想パイプを示す断面図である。
【図７】電線束の中心線及び仮想パイプを仮想空間上に表示した様子を示す図である。
【図８】ドア及びボディを仮想空間上に表示した様子を示す図である。
【図９】電線束の中心線及び仮想パイプの形状をドア及びボディに適合させた状態を示す図である。
【図１０】提案例における仮想パイプと電線束の中心線との位置関係を示す図である。
【図１１】提案例における仮想パイプと電線束の中心線との位置関係を示す図である。
【図１２】この発明の一の実施の形態における仮想パイプと電線束の中心線との位置関係を示す図である。
【図１３】この発明の一の実施の形態における仮想パイプと電線束の中心線との位置関係を示す図である。
【図１４】電線束の中心線及び仮想パイプをドア及びボディに併合した状態を示す図である。
【図１５】電線の歪み変化量について説明するための図である。
【図１６】この発明の一の実施の形態に係る電線束の屈曲寿命予測方法における予想寿命出力工程を示すフローチャートである。
【図１７】マスターカーブを示す図である。
【図１８】マスターカーブを温度毎に取得した状態を示す図である。
【図１９】曲率値計算工程で算出した曲率半径に基づき導かれた歪み変化量を、予想寿命出力工程においてマスターカーブに当てはめた様子を示す図である。
【図２０】一の実施の形態において、電線束を分割して歪み変化量を解析する様子を示す図である。
【符号の説明】
１１  仮想単線
１１ａ  仮想線
２  グロメット
３  ドア
４  ドアパネル
５  ボディ
６  ボディパネル
８  中心線
９  仮想パイプ
【図１】
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【図２】
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【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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