(57)【要約】      （修正有）【課題】剛体壁と衝突する車両の時間進行シミュレーションにおいて、詳細な剛体壁力一覧を提供する。【解決手段】有限要素解析（ＦＥＡ）モデルは、グループを編成する有限要素によって接続される多数のノードを有する。剛体壁は、剛体壁上に取り付けられたロードセルに対応する１以上のセグメントを有する。詳細な剛体壁力（ＲＷＦ）一覧を得ることが所望されるグループのリストがユーザによって定義される。ＦＥＡモデルにおける各ノードに対し、寄与重み係数が計算される。剛体壁と衝突する車両の時間進行シミュレーションが行われる。各ソリューションサイクルにおいて、ノードタイプに応じて各ノードのノード力寄与が計算される。寄与重み係数で修正された、計算されたノード力寄与が、それぞれのグループおよびセグメントに関し、詳細なＲＷＦ一覧へと集計される。【選択図】図６Ａ
2014225258.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
剛体壁と衝突する車両の時間進行シミュレーションにおいて詳細な剛体壁力一覧を提供する方法であって、
有限要素解析（ＦＥＡ）アプリケーションモジュールがインストールされたコンピュータシステムが、ＦＥＡモデルおよび剛体壁定義を受け取るステップであって、前記ＦＥＡモデルは、車両と前記剛体壁定義とを表しており、前記ＦＥＡモデルおよび前記剛体壁定義は、前記剛体壁と衝突する前記車両の時間進行シミュレーションにおいて用いられ、前記ＦＥＡモデルは、１以上のグループを編成する複数の有限要素によって接続される複数のノードを有し、前記剛体壁定義は、前記剛体壁上の対応する空間的位置を表す１以上のセグメントを有するステップと、
詳細な剛体壁力（ＲＷＦ）一覧を得ることが所望される前記グループのリストが定義されているか否かを判断するステップと、
前記リストが定義されていない場合に、前記車両の全ての構造部品を含めるよう前記リストを生成するステップと、
前記リスト内の１以上の前記グループに対して、各前記ノードについて１以上の寄与重み係数をそれぞれ計算するステップと、
時間に関する複数のソリューションサイクルを含む、前記時間進行シミュレーションを開始するステップと、
各前記ソリューションサイクルにおいて、ノードタイプに応じて各前記ノードのノード力寄与を計算し、対応する前記寄与重み係数で修正された、計算された前記ノード力寄与を、前記セグメントの対応する１つについて、前記グループの対応する１つの詳細な前記ＲＷＦ一覧へと集計するステップと、
前記時間進行シミュレーションの完了後、詳細な前記ＲＷＦ一覧を提供するステップと、
を備える方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、
前記寄与重み係数は、各前記ノードを所定のスキームで共有する前記グループに対するそれぞれの重み係数を含んでいる、
方法。
【請求項３】
請求項２に記載の方法であって、
前記所定のスキームは、各前記ノードを共有する前記グループの数に基づいている、
方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法であって、
前記の、対応する前記寄与重み係数で修正された、計算された前記ノード力寄与を、詳細な前記ＲＷＦ一覧へと集計するステップは、さらに、
ノード寄与重み係数で修正された、計算された前記ノード力寄与を、各前記セグメントに対し、前記剛体壁と接触する１以上の前記ノードを含む各前記グループに関して合計するステップと、
特定セグメントの剛体壁力を、前記特定セグメントに接触する全ての前記ノードについて、ノード寄与重み係数で修正された、計算された前記ノード力寄与を合計することにより取得するステップと、
前記セグメントの全てについて、前記剛体壁力の全てを合計することにより、総剛体壁力を取得するステップと、
特定グループによって前記剛体壁に与えられる力の合計を、前記特定グループによって前記セグメントの全てに与えられる力を合計することにより取得するステップと、
を含んでいる、
方法。
【請求項５】
請求項１に記載の方法であって、
前記ノードタイプが、各前記ノードが適切なノード質量でモデル化されていることを示す場合、前記ノード力寄与は、
ＦNODE＝ＭNODE（Ａ＋−Ａ−）
で計算され、
ＦNODEは前記ノード力寄与を表すベクトルであり、
ＭNODEはスカラーのノード質量であり、
Ａ＋は前記剛体壁との接触後のノード加速度ベクトルを表し、
Ａ−は前記剛体壁との接触前のノード加速度ベクトルを表している、
方法。
【請求項６】
請求項５に記載の方法であって、
摩擦オプションが前記時間進行シミュレーションにおいて有効である場合、前記ノード力寄与は摩擦力を含んでいる、
方法。
【請求項７】
請求項１に記載の方法であって、前記ノードタイプが、ペナルティ法によって、各前記ノードがノード質量なしでモデル化されていることを示す場合、前記ノード力寄与は、
ＦNODE＝Ｆｎ＋Ｆｔ
Ｆｎ＝（ＫΔｕ）ｎ
で計算され、
ＦNODEは前記ノード力寄与を表すベクトルであり、
Ｆｎは前記剛体壁に垂直な前記ノード力寄与の法線部分を表し、
Ｋは前記ペナルティ法においてノード質量なしでモデル化されている各前記ノードに割り当てられた剛性を表し、
Δｕは、前記剛体壁を通る、ノード質量なしでモデル化されている各前記ノードのノード貫通を表し、
ｎは前記剛体壁に対する単位法線ベクトルを表し、
Ｆｔは、摩擦オプションが前記時間進行シミュレーションにおいて有効である場合の、前記法線部分に直交する摩擦力を表している、
方法。
【請求項８】
剛体壁と衝突する車両の時間進行シミュレーションにおける詳細な剛体壁力一覧を提供するシステムであって、
有限要素解析法（ＦＥＡ）アプリケーションモジュールに関するコンピュータ可読コードを記憶するメインメモリと、
前記メインメモリに接続される少なくとも１つのプロセッサと、
を備えるシステムであり、
前記少なくとも１のプロセッサは、前記メインメモリ内の前記コンピュータ可読コードを実行して、前記ＦＥＡアプリケーションモジュールに、方法に基づいてオペレーションを実行させ、
前記方法が、
有限要素解析（ＦＥＡ）モデルおよび剛体壁定義を受け取るステップであって、前記ＦＥＡモデルは車両と前記剛体壁定義とを表しており、前記ＦＥＡモデルおよび前記剛体壁定義は、前記剛体壁と衝突する前記車両の時間進行シミュレーションにおいて用いられ、前記ＦＥＡモデルは、１以上のグループを編成する複数の有限要素によって接続される複数のノードを有し、前記剛体壁定義は、前記剛体壁上の対応する空間的位置を表す１以上のセグメントを有するステップと、
詳細な剛体壁力（ＲＷＦ）一覧を得ることが所望されている前記グループのリストが定義されているか否かを判断するステップと、
前記リストが定義されていない場合に、前記車両の全ての構造部品を含めるよう前記リストを生成するステップと、
前記リスト内の１以上の前記グループに対して、各前記ノードについて１以上の寄与重み係数をそれぞれ計算するステップと、
時間に関する複数のソリューションサイクルを含む、時間進行シミュレーションを開始するステップと、
各前記ソリューションサイクルにおいて、ノードタイプに応じて各前記ノードのノード力寄与を計算し、対応する前記寄与重み係数で修正された、計算された前記ノード力寄与を、前記セグメントの対応する１つについて、前記グループの対応する１つの詳細なＲＷＦ一覧へと集計するステップと、
前記時間進行シミュレーションの完了後、詳細な前記ＲＷＦ一覧を提供するステップと、
を有するシステム。
【請求項９】
請求項８に記載のシステムであって、
前記寄与重み係数は、各前記ノードを所定のスキームで共有する前記グループに対するそれぞれの重み係数を含んでいる、
システム。
【請求項１０】
請求項９に記載のシステムであって、
前記所定のスキームは、各前記ノードを共有する前記グループの数に基づいている、
システム。
【請求項１１】
請求項８に記載のシステムであって、
前記の、対応する前記寄与重み係数で修正された、計算された前記ノード力寄与を、詳細な前記ＲＷＦ一覧へと集計するステップは、さらに、
ノード寄与重み係数で修正された、計算された前記ノード力寄与を、各前記セグメントに対し、前記剛体壁と接触する１以上の前記ノードを含む各前記グループに関して合計するステップと、
特定セグメントの剛体壁力を、前記特定セグメントに接触する全ての前記ノードについて、ノード寄与重み係数で修正された、計算された前記ノード力寄与を合計することにより取得するステップと、
前記セグメントの全てについて、前記剛体壁力の全てを合計することにより、総剛体壁力を取得するステップと、
特定グループによって前記剛体壁に与えられる力の合計を、前記特定グループによって前記セグメントの全てに与えられる力を合計することにより取得するステップと、
を含んでいる、
システム。
【請求項１２】
請求項８に記載のシステムであって、前記ノードタイプが、各前記ノードが適切なノード質量でモデル化されていることを示す場合、前記ノード力寄与は、
ＦNODE＝ＭNODE（Ａ＋−Ａ−）
で計算され、
ＦNODEは前記ノード力寄与を表すベクトルであり、
ＭNODEはスカラーのノード質量であり、
Ａ＋は前記剛体壁との接触後のノード加速度ベクトルを表し、
Ａ−は前記剛体壁との接触前のノード加速度ベクトルを表している、
システム。
【請求項１３】
請求項８に記載のシステムであって、前記ノードタイプが、ペナルティ法によって、各前記ノードがノード質量なしでモデル化されていることを示す場合、前記ノード力寄与は、
ＦNODE＝Ｆｎ＋Ｆｔ
Ｆｎ＝（ＫΔｕ）ｎ
で計算され、
ＦNODEは前記ノード力寄与を表すベクトルであり、
Ｆｎは前記剛体壁に垂直な前記ノード力寄与の法線部分を表し、
Ｋは前記ペナルティ法においてノード質量なしでモデル化されている各前記ノードに割り当てられた剛性を表し、
Δｕは、前記剛体壁を通る、ノード質量なしでモデル化されている各前記ノードのノード貫通を表し、
ｎは前記剛体壁に対する単位法線ベクトルを表し、
Ｆｔは、摩擦オプションが前記時間進行シミュレーションにおいて有効である場合の、前記法線部分に直交する摩擦力を表している、
システム。
【請求項１４】
請求項８に記載のシステムであって、
前記セグメントは前記剛体壁上に配置されるロードセルに対応する、
システム。
【請求項１５】
方法に基づいて、剛体壁と衝突する車両の時間進行シミュレーションにおいて詳細な剛体壁力一覧を提供する命令を有する非一時的なコンピュータ可読記憶媒体であって、
前記方法が、
有限要素解析（ＦＥＡ）アプリケーションモジュールがインストールされたコンピュータシステムが、ＦＥＡモデルおよび剛体壁定義を受け取るステップであって、前記ＦＥＡモデルは、車両と前記剛体壁定義とを表しており、前記ＦＥＡモデルおよび前記剛体壁定義は、前記剛体壁と衝突する前記車両の時間進行シミュレーションにおいて用いられ、前記ＦＥＡモデルは、１以上のグループを編成する複数の有限要素によって接続される複数のノードを有し、前記剛体壁定義は、前記剛体壁上の対応する空間的位置を表す１以上のセグメントを有するステップと、
詳細な剛体壁力（ＲＷＦ）一覧を得ることが所望される前記グループのリストが定義されているか否かを判断するステップと、
前記リストが定義されていない場合に、前記車両の全ての構造部品を含めるよう前記リストを生成するステップと、
前記リスト内の１以上の前記グループに対して、各前記ノードについて１以上の寄与重み係数を計算するステップと、
時間に関する複数のソリューションサイクルを含む、前記時間進行シミュレーションを開始するステップと、
各前記ソリューションサイクルにおいて、ノードタイプに応じて各前記ノードのノード力寄与を計算し、対応する前記寄与重み係数で修正された、計算された前記ノード力寄与を、前記セグメントの対応する１つについて、前記グループの対応する１つの詳細な前記ＲＷＦ一覧へと集計するステップと、
前記時間進行シミュレーションの完了後、詳細な前記ＲＷＦ一覧を提供するステップと、
を有する、非一時的なコンピュータ可読記憶媒体。
【請求項１６】
請求項１５に記載の非一時的なコンピュータ可読記憶媒体であって、
前記寄与重み係数は、各前記ノードを所定のスキームで共有する前記グループに対するそれぞれの重み係数を含んでいる、
非一時的なコンピュータ可読記憶媒体。
【請求項１７】
請求項１６に記載の非一時的なコンピュータ可読記憶媒体であって、
前記所定のスキームは、各前記ノードを共有する前記グループの数に基づいている、
非一時的なコンピュータ可読記憶媒体。
【請求項１８】
請求項１５に記載の非一時的なコンピュータ可読記憶媒体であって、
前記の、対応する前記寄与重み係数で修正された、計算された前記ノード力寄与を、詳細な前記ＲＷＦ一覧へと収集するステップは、さらに、
ノード寄与重み係数で修正された、計算された前記ノード力寄与を、各前記セグメントに対し、前記剛体壁と接触する１以上の前記ノードを含む各前記グループに関して合計するステップと、
特定セグメントの剛体壁力を、前記特定セグメントに接触する全ての前記ノードについて、ノード寄与重み係数で修正された、計算された前記ノード力寄与を合計することにより取得するステップと、
前記セグメントの全てについて、前記剛体壁力の全てを合計することにより、総剛体壁力を取得するステップと、
特定グループによって前記剛体壁に与えられる力の合計を、前記特定グループによって前記セグメントの全てに与えられる力を合計することにより取得するステップと、
を含んでいる、
非一時的なコンピュータ可読記憶媒体。
【請求項１９】
請求項１５に記載の非一時的なコンピュータ可読記憶媒体であって、前記ノードタイプが、各前記ノードが適切なノード質量でモデル化されていることを示す場合、前記ノード力寄与は、
ＦNODE＝ＭNODE（Ａ＋−Ａ−）
で計算され、
ＦNODEは前記ノード力寄与を表すベクトルであり、
ＭNODEはスカラーのノード質量であり、
Ａ＋は前記剛体壁との接触後のノード加速度ベクトルを表し、
Ａ−は前記剛体壁との接触前のノード加速度ベクトルを表している、
非一時的なコンピュータ可読記憶媒体。
【請求項２０】
請求項１５に記載の非一時的なコンピュータ可読記憶媒体であって、前記ノードタイプが、ペナルティ法によって、各前記ノードがノード質量なしでモデル化されていることを示す場合、前記ノード力寄与は、
ＦNODE＝Ｆｎ＋Ｆｔ
Ｆｎ＝（ＫΔｕ）ｎ
で計算され、
ＦNODEは前記ノード力寄与を表すベクトルであり、
Ｆｎは前記剛体壁に垂直な前記ノード力寄与の法線部分を表し、
Ｋは前記ペナルティ法においてノード質量なしでモデル化されている各前記ノードにおいて割り当てられた剛性を表し、
Δｕは、前記剛体壁を通る、ノード質量なしでモデル化されている各前記ノードのノード貫通を表し、
ｎは前記剛体壁に対する単位法線ベクトルを表し、
Ｆｔは、摩擦オプションが前記時間進行シミュレーションにおいて有効である場合の、前記法線部分に直交する摩擦力を表している、
非一時的なコンピュータ可読記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、コンピュータ支援工学解析に関する。本発明は、特に、剛体壁と衝突する車両（例えば自動車）の時間進行シミュレーションにおいて詳細な剛体壁力一覧を提供する方法およびシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
コンピュータ支援工学（ＣＡＥ）が、多くのタスクにおいてエンジニアを支援するために用いられている。例えば、構造体あるいは製品の設計の処理手続において、ＣＡＥ解析、特に有限要素解析法（ＦＥＡ）が、種々の荷重条件（例えば、静的あるいは動的な荷重条件）下での応答（例えば応力、変位など）を評価するために、しばしば用いられている。最も重要なコンピューターシミュレーションのうちの１つに、剛体壁と衝突する車両のシミュレーションがある。剛体壁は、静止している場合も、動いている場合もある。一般的に、車両は、空間に固定された剛体壁に向かって移動する。しかしながら、自動車の屋根が押し潰されるシミュレーションの際には、剛体壁が静止している自動車に向かって移動する。このようなシミュレーションは、ユーザが安全性の要件を満たす自動車を設計するのを支援するために利用できる。収集すべき重要な情報の一つは、自動車と剛体壁との衝突によって生じる剛体壁力（ＲＷＦ：Rigid Wall Force）である。剛体壁力一覧の合計は、従来技術アプローチに示されているような数値シミュレーションにおいて提供される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、よりよい自動車を設計および／または構築するために、自動車技術者は総剛体壁力の空間的分布を知りたいと考えるであろう。物理的な模型衝突試験においては、一般的に、剛体壁のセグメントにそれぞれ取り付けられた多数のロードセルが、空間的力分布（つまり剛体壁上の種々の位置すなわちセグメントにおけるＲＷＦ）を決定するために取り付けられている。しかしながら、この力分布情報からは、各車両構造部品がどのように総剛体壁力に寄与するかに関して詳細な情報が得られない。車両構造は複雑であるため、そのような詳細な情報は、実験では取得できない。設計技術者は、この情報を、構造部品の設計および変更において、車両における荷重経路を決定するために用いる。したがって、剛体壁と衝突する車両の時間進行数値シミュレーションにおいて、詳細な剛体壁力一覧を提供する方法およびシステムが望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
この章は、本発明のいくつかの面を要約することを目的とし、いくつかの好適な実施形態を簡潔に紹介するものである。この章の目的が曖昧になることを避けるため、この章においては、要約およびここでの発明の名称と同様に、簡略化あるいは省略が行われている場合がある。このような簡略化あるいは省略は、本発明の範囲を制限するものではない。
【０００５】
剛体壁と衝突する車両の時間進行シミュレーションにおいて詳細な剛体壁力一覧を提供する方法およびシステムを提供する。本発明の１の態様では、車両の演算モデル（例えば有限要素解析（ＦＥＡ）モデル）および剛体壁定義が、有限要素解析アプリケーションモジュールがインストールされたコンピュータシステムに受け取られる。ＦＥＡモデルは、グループを編成する有限要素によって接続される多数のノードを有する。剛体壁は、剛体壁に取り付けられたロードセルに対応する、１以上のセグメントを有する。詳細な剛体壁力（ＲＷＦ）一覧を得ることが所望されるグループのリスト（つまり、ノードのリスト、有限要素のリスト、車両の構造部品（例えばバンパーまたはバンパーの一部）など）が、ユーザ（つまり、自動車の設計および／または製造に携わる技術者および／または科学者）によって定義される。グループのそれぞれは、任意の数の剛体壁セグメントと相互に作用できる。定義されたグループのリストがない場合、デフォルト（初期設定）リストを生成できる（例えば、リストにＦＥＡモデルの全ての構造部品を含める）。ＦＥＡモデルにおけるそれぞれのノードに対して、寄与重み係数が計算される。ノードがリストの１つのグループのみに属する場合、寄与重み係数は１である（つまり、ノード力のＲＷＦへの寄与は、全てそのグループへのものとなる）。ノードが２以上のグループによって共有されている場合、各グループに対応する寄与重み係数が計算される。一実施形態において、寄与重み係数はノードを共有するグループの数によって決定される。他の実施形態においては、寄与重み係数は、グループ間の比（例えば面積比、質量比または体積比）によって決定される。
【０００６】
剛体壁と衝突する自動車の時間進行シミュレーションは、ＦＥＡモデルを用いて行われる。各ソリューションサイクルにおいて、ノードタイプに応じてそれぞれのノードについてノード力寄与（nodal force contribution）が計算される。その後、剛体壁のそれぞれのセグメントについて、ノード寄与重み係数で修正された、計算されたノード力寄与が、セグメントと接触する１以上のノードを有する各グループに対して合計される。総セグメント力は、セグメントに接触している全てのノードの、ノード寄与重み係数で修正されたノード力寄与を合計することにより決定される。剛体壁に作用する力の合計は、セグメント力の合計である。１のグループによって剛体壁に与えられる力の合計は、１のグループによってそれぞれのセグメントに与えられる力を合計することにより求められる。全体の詳細なＲＷＦ一覧（例えば、特定セグメントに対する１の特定グループのＲＷＦ時間履歴）が提供される。
【０００７】
本発明の一の目的は、自動車衝突の数値シミュレーションにおいて、車両のそれぞれの部品（つまり詳細なＲＷＦ一覧を得ることが望まれている有限要素のグループ）から剛体壁のそれぞれの空間的位置（つまりセグメント）に対して寄付する力の詳細な内訳を得ることにある。
【０００８】
本発明の他の、目的、特徴および利点は、添付した図面を参照し、以下の本発明の一実施形態の詳細な説明を考察することで、明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
本発明のこれらおよび他の、特徴、態様および利点は、以下の説明、添付の特許請求の範囲および添付した図面によって、より一層理解されるであろう。図面は次の通りである。
【図１Ａ】剛体壁と衝突する例示的な自動車を示す概略平面図である。
【図１Ｂ】剛体壁と衝突する例示的な自動車を示す概略側面図である。
【図１Ｃ】剛体柱と衝突する例示的な自動車を示す概略図である。
【図１Ｄ】剛体角部と衝突する例示的な自動車を示す概略図である。
【図２Ａ】本発明の一実施形態に係る、多数のロードセルが配置された例示的な剛体壁を示す図である。
【図２Ｂ】本発明の一実施形態に係る、図２Ａのロードセルの一つにそれぞれ対応する多数のセグメントを有する剛体壁定義を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る、多数のグループで構成される車両の例示的な有限要素解析モデルを示す概略図である。
【図４Ａ】本発明の一実施形態に係る、２以上のグループの有限要素によって共有される種々の例示的なノードを示す概略図である。
【図４Ｂ】本発明の一実施形態に係る、２以上のグループの有限要素によって共有される種々の例示的なノードを示す概略図である。
【図４Ｃ】本発明の一実施形態に係る、２以上のグループの有限要素によって共有される種々の例示的なノードを示す概略図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る、例示的な詳細な剛体壁力一覧を示す図である。
【図６Ａ】図６Ａは、図６Ｂと共に、本発明の一実施形態に係る、剛体壁と衝突する車両の時間進行シミュレーションにおける詳細な剛体壁力一覧を提供する例示的なプロセスを示すフローチャートである。
【図６Ｂ】図６Ｂは、図６Ａと共に、本発明の一実施形態に係る、剛体壁と衝突する車両の時間進行シミュレーションにおける詳細な剛体壁力一覧を提供する例示的なプロセスを示すフローチャートである。
【図７】本発明の一実施形態を実現可能である、例示的なコンピュータシステムの主要な構成を示す機能図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下の説明においては、本発明の完全な理解を提供するために、多数の具体的な詳細が記述される。しかしながら、本発明をこれらの具体的な詳細によらなくとも実現できることは、当業者にとって明らかである。ここでの説明および表現は、当該技術で経験のある者すなわち当業者が彼らの仕事を他の当業者に最も効果的に伝えるために用いる通常の手段である。他の事例で、よく知られている方法、手順、および構成は、本発明の態様が不必要に不明瞭となることを回避するために、詳細には説明しない。
【００１１】
ここで言及する「一実施形態」あるいは「ある実施形態」は、その実施形態に関して説明される特定の特徴、構造あるいは特性を、本発明の少なくとも１つの実施形態に含めることができるということを意味する。本明細書において記載される「一実施形態において」という語は、全てが同一の実施形態を言及しているものである必要はなく、また、他の実施形態とは相互に排他的な、別のあるいは代替的な実施形態である必要もない。さらに、本発明の１つ以上の実施形態を表わすプロセスフローチャートあるいはプロセス図におけるブロックの順序は、本質的に、いかなる特定の順序も示すものではなく、また、本発明におけるいかなる限定も意味するものでもない。
【００１２】
本発明の実施形態を、図１Ａから図７を参照して、ここに説明する。しかしながら、ここで行われるこれらの図面を参照した詳細な説明は、例示を目的とするものであって、当業者には、本発明がこれらの限られた実施形態よりも広いことを容易に認識するであろう。
【００１３】
剛体壁と衝突する車両の時間進行シミュレーションにおける詳細な剛体壁力（ＲＷＦ）一覧を提供する方法およびシステムを開示する。図１Ａ〜図１Ｂは、剛体壁１０４と衝突する例示的な自動車１０２の、概略的な、平面図および側面図である。このような衝突イベントの時間進行シミュレーションは、アプリケーションモジュール（例えば有限要素解析ソフトウェアパッケージ）がインストールされたコンピュータシステムにおいて行われる。剛体壁１０４を平面壁として示す。当業者であれば、他のタイプの剛体壁、例えば、図１Ｃに示す剛体柱１１４、図１Ｄに示す剛体角部１１６などを利用可能であることは理解されるであろう。図２Ａは、多数のロードセル２１２が配置された例示的な剛体壁２１０を示す。それぞれのセグメント２２２ａ〜２２２ｎを含む対応する剛体壁定義（rigid wall definition）２２０を図２Ｂに示す。また、剛体壁は静止している場合と動いている場合のいずれの場合もある。一般的に、正面衝突のシミュレーションにおいては、車両は、空間に固定された剛体壁へと運動する。しかしながら、屋根の押し潰しシミュレーションにおいては、運動する剛体壁が用いられる。
【００１４】
図６Ａを参照して、本発明の一実施形態にかかる、剛体壁と衝突する車両の時間進行シミュレーションにおける詳細な剛体壁力一覧を提供する例示的なプロセス６００を示すフローチャートを説明する。プロセス６００は、好ましくはソフトウェアで実行される。
【００１５】
プロセス６００は、ステップ６０２で、コンピュータシステム（例えば図７のコンピュータシステム７００）が、車両（例えば自動車）を表す有限要素解析（ＦＥＡ）モデルと剛体壁定義とを受けとることによりスタートする。ＦＥＡモデルは、時間進行シミュレーションを用いた衝突イベントにおける車両の構造挙動を取得するために用いられる。コンピュータシステムには、有限要素解析アプリケーションモジュールがインストールされている。ＦＥＡモデルは、グループを編成する複数の有限要素によって接続される複数のノードを含む。それぞれのグループは、ノードのリスト、有限要素のリスト、構造部品または部品の一部を含むことができる。一実施形態において、それぞれのグループは車両の部品を表す。例えば、図３に示すように、例示的な車両のＦＥＡモデル３００は、有限要素のグループ（明示的には描画せず）によって編成される。このような分割スキームにより、詳細なＲＷＦ一覧に、各グループからの寄与を含めることができる。さらに、図３に、バンパー３１１、フェンダ３１２、車体３１３、ホイール３１４、およびエンジンフード３１５を示されている。同じことを達成するために、他のスキームを利用することも可能である。例えば、バンパー３１１を、２つ以上のグループ（つまり構造部品の一部）へと分割することもできる。
【００１６】
次に判断ステップ６０４において、詳細な剛体壁力一覧を得ることが所望されるグループのリストがユーザによって定義されているか否かが判断される。定義されていない場合、ステップ６０６において、グループのリストが所定のスキームで生成される（例えば、ＦＥＡにおける各部品を１のグループに含める）。定義されている場合、プロセス６００は、「ｙｅｓ」に従ってステップ６０８へと分岐し、ＦＥＡモデルの全てのノードに対して、寄与重み係数が割り当てられる、又は、計算される。１つのグループのみに属するノードには、単一寄与重み係数（１．０）が割り当てられる。リスト内の２つ以上のグループに共有されるノードに対しては、所定のスキームを用いて、例えば、ノードを共有するグループの数に基づくスキーム、ノードを共有するグループ間の比に基づくスキーム等により、対応する重み係数が計算される。
【００１７】
複数のグループによって共有されるノードでは、各グループがそのノードに割り当てた重み係数の合計が１となる。図４Ａは、２つのノード４１２ａ〜４１２ｂを共有している２つのグループ４１０ａ〜４１０ｂを示している。図４Ｂは、いくつかのノード４２２ａ〜４２２ｄを共有している３つのグループ４２０ａ〜４２０ｃを示している。図４Ｃは、ノード４３２ａ〜４３２ｅを共有している４つのグループ４３０ａ〜４３０ｄを示している。基準としてノードを共有するグループの数を用いる場合、隣接するグループ４１０ａ〜４１０ｂへの寄与がそれぞれ５０％であるので、ノード４１２ａ〜４１２ｂの寄与重み係数は５０％である。図４Ｂに示す例では、それぞれの隣接グループへの寄与重み係数は、ノード４２２ａ〜４２２ｃでは５０％であり、ノード４２２ｄでは３３％である。図４Ｃに示す例では、それぞれの隣接グループへの寄与重み係数は、ノード４３２ａ〜４３２ｄでは５０％であり、ノード４３２ｅでは２５％である。
【００１８】
面積比または体積比が計算の基礎として用いられる場合、ノード４２２ｄの寄与重み係数は、グループ４２０ａおよび４２０ｂについては２５％とでき、グループ４２０ｃについて５０％とできる。同様に、ノード４２２ｂおよび４２２ｃの寄与重み係数は、グループ４２０ａおよび４２０ｂについてはそれぞれ３３％とでき、グループ４２０ｃについては６７％とできる。
【００１９】
次に、ステップ６１０において、剛体壁と衝突する車両の時間進行シミュレーションが、ＦＥＡモデルおよび剛体壁定義を用いて行われる。時間進行シミュレーションは、時間に関する複数のソリューションサイクルを含んでいる。各ソリューションサイクルでは、ステップ６１２において、ＦＥＡモデルにおける各ノードのノード力寄与が、ノードタイプに応じて計算される。その後、計算されたノード力寄与は、対応するグループおよびセグメントに関する、詳細なＲＷＦ一覧へと集計される前に、対応する重み係数で修正される。一実施形態では、図６Ｂに示すように、ステップ６１２ａにおいて、剛体壁のそれぞれのセグメントについて、ノード寄与重み係数で修正された、計算されたノード力寄与が、セグメントと接触する１以上のノードを含む各グループに対して合計される。ステップ６１２ｂにおいて、総セグメント力は、セグメントに接触している全てのノードのノード寄与重み係数で修正されたノード力寄与を合計することにより決定される。ステップ６１２ｃにおいて、剛体壁に作用する力の合計は、セグメント力の合計である。ステップ６１２ｄにおいて、あるグループによって剛体壁に与えられる力の合計は、グループによって各セグメントに与えられる力を合計することで求められる。
【００２０】
ノード力寄与ベクトルは、時間進行シミュレーションにおいて摩擦オプションが有効である（つまり、摩擦がシミュレーションに含まれている）場合には、剛体壁に垂直な力と、摩擦成分を表す２つの接線力と、を有する。以下の式が、ノード力寄与の計算に用いられる。
【００２１】
適切なノード質量でモデル化された通常のノードに対して、
ＦNODE＝ＭNODE（Ａ＋−Ａ−）
である。
ここでは：
ＦNODEはノード力寄与ベクトルである。
ＭNODEはスカラーのノード質量である。
Ａ＋は剛体壁との接触後のノード加速度ベクトルである。
Ａ−は剛体壁との接触前のノード加速度ベクトルである。
【００２２】
ペナルティ法(penalty formulation)において正確なノードの質量なしでモデル化されているノード(例えば、剛体におけるノード)に対して、
ＦNODE＝Ｆｎ＋Ｆｔ
Ｆｎ＝（ＫΔｕ）ｎ
である。
ここでは：
FNODEはノード力寄与ベクトルである。
Fnは剛体壁に垂直なノード力寄与である。
Ｋはペナルティ法において割り当てられた剛性（つまり、ペナルティ）である。
Δｕは、剛体壁を通るノード(つまり、正確なノードの質量なしでモデル化されたノード)の貫通(penetration)である。
ｎは剛体壁に対する単位法線ベクトルである。
Ｆｔは法線力に直交する摩擦力である（シミュレーションにおいて摩擦オプションがシミュレーションにおいて有効である場合に含められる）。
【００２３】
一実施形態において、剛体におけるノードに対して割り当てられる剛性は、剛体の材料特性によって決定される。
【００２４】
最後に、ステップ６１４において、時間進行シミュレーションの終了後、詳細なＲＷＦ一覧が提供される。詳細なＲＷＦ一覧を種々の形式で提供できる。１の例として、図５に時間に対する剛体壁力を示す。異なる３つのグループを、スタックカーブ（stacked curves）として示す。総剛体壁力は曲線５１０として示され、曲線５１２および５１４は剛体壁の２つの異なるセグメント（つまり２つの別の空間的位置）における力寄与を示す。他の実施形態において、特定のセグメントに対する有限要素の特定グループのＲＷＦ時間履歴を用いることもできる（図示せず）。さらに他の実施形態において、全てのセグメントと相互作用する単一のグループのＲＷＦ時間履歴を用いることもできる（図示せず）。そして、プロセス６００は、終了する。
【００２５】
一の態様において、本発明は、ここに説明した機能を実行可能な１以上のコンピュータシステムに対してなされたものである。コンピュータシステム７００の一例を、図７に示す。コンピュータシステム７００は、プロセッサ７０４のようなプロセッサを１つ以上有する。プロセッサ７０４は、コンピュータシステム内部通信バス７０２に接続されている。種々のソフトウェアの実施形態を、この例示的なコンピュータシステムに関して説明する。この説明を見れば、関連する技術分野に習熟している者には、いかにして他のコンピュータシステムおよび／またはコンピューターアーキテクチャーを用いて本発明を実行するかが明らかである。
【００２６】
コンピュータシステム７００は、また、メインメモリ７０８好ましくはランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ））を有しており、そして補助メモリ７１０を有することもできる。補助メモリ７１０は、例えば、１つ以上のハードディスクドライブ７１２、および／または、フレキシブルディスクドライブ、磁気テープドライブ、光ディスクドライブなどを表わす１つ以上のリムーバブルストレージドライブ７１４を含むことができる。リムーバブルストレージドライブ７１４は、よく知られている方法で、リムーバブルストレージユニット７１８を読み出し、および／または、リムーバブルストレージユニット７１８に書き込む。リムーバブルストレージユニット７１８は、リムーバブルストレージドライブ７１４によって読み出し・書き込みされるフレキシブルディスク、磁気テープ、光ディスクなどを表わす。上記の内容からわかるように、リムーバブルストレージユニット７１８は、コンピューターソフトウェアおよび／またはデータを内部に記憶している、コンピュータ可読媒体を有している。
【００２７】
代替的な実施形態では、補助メモリ７１０は、コンピュータプログラムあるいは他の命令をコンピュータシステム７００にロードすることを可能にする他の同様な手段を有することもできる。そのような手段は、例えば、リムーバブルストレージユニット７２２とインタフェース７２０とを有してもよい。そのようなものの例には、プログラムカートリッジおよびカートリッジのインタフェース（ビデオゲーム機に見られるようなものなど）や、リムーバブルメモリチップ（消去可能なプログラマブルＲＯＭ（ＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable Read-Only Memory））、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）フラッシュメモリ、あるいはＰＲＯＭ（Programmable Read-Only Memory）など）および関連するソケットや、リムーバブルストレージユニット７２２からコンピュータシステム７００にソフトウェアおよびデータを転送することを可能にする他のリムーバブルストレージユニット７２２およびインタフェース７２０が含まれうる。一般に、コンピュータシステム７００は、プロセススケジューリング、メモリ管理、ネットワーキングおよびＩ／Ｏ（Input/Output）サービスなどのタスクを行なうオペレーティングシステム（ＯＳ）ソフトウェアによって、制御され連係される。
【００２８】
通信インタフェース７２４も、バス７０２に接続することができる。通信インタフェース７２４は、コンピュータシステム７００と外部装置との間で、ソフトウェアおよびデータを転送することを可能にする。通信インタフェース７２４の例には、モデム、ネットワークインタフェイス（イーサネット（登録商標）・カードなど）、コミュニケーションポート、ＰＣＭＣＩＡ(Personal Computer Memory Card International Association)スロットおよびカードなど、が含まれうる。
【００２９】
コンピュータシステム７００は、特定のセットの規則（つまりプロトコル）に基づいて、データネットワーク上の他の演算装置と通信する。一般的なプロトコルのうちの１つは、インターネットにおいて一般に用いられているＴＣＰ／ＩＰ（伝送コントロール・プロトコル／インターネット・プロトコル）である。一般に、通信インタフェース７２４は、データファイルをアセンブルしてデータネットワーク上で伝達される小さいパケットに変換することを管理し、あるいは受信したパケットを逆アセンブルして元のデータファイルに変換することを管理する。さらに、通信インタフェース７２４は、パケットが正しい宛先に届くよう、それぞれのパケットのアドレス部を処理し、あるいはコンピュータシステム７００が宛先となっているパケットをインターセプトする。
【００３０】
本明細書において、「コンピュータが記録可能な記憶媒体」、「コンピュータが記録可能な媒体」および「コンピュータ可読媒体」という語は、通常、リムーバブルストレージドライブ７１４、および／または、ハードディスクドライブ７１２に組み込まれたハードディスクなどの媒体の意味で用いられる。これらのコンピュータプログラム製品は、コンピュータシステム７００にソフトウェアを提供する手段である。本発明は、このようなコンピュータプログラム製品に対してなされたものである。
【００３１】
コンピュータシステム７００は、また、コンピュータシステム７００をモニタ、キーボード、マウス、プリンタ、スキャナ、プロッタなどにアクセスさせる入出力（Ｉ／Ｏ）インタフェース７３０を有してもよい。
【００３２】
コンピュータプログラム（コンピュータ制御ロジックともいう）は、メインメモリ７０８および／または補助メモリ７１０にアプリケーションモジュール７０６として記憶される。コンピュータプログラムは、通信インタフェース７２４を介して受け取られてもよい。このようなコンピュータプログラムが実行された時、コンピュータプログラムによって、コンピュータシステム７００がここに説明される本発明の特徴を実行することが可能になる。詳細には、コンピュータプログラムが実行された時、コンピュータプログラムによって、プロセッサ７０４が本発明の特徴を実行することが可能になる。したがって、このようなコンピュータプログラムは、コンピュータシステム７００のコントローラを表わしている。
【００３３】
ソフトウェアを用いて発明が実行される実施形態においては、ソフトウェアをコンピュータプログラム製品に記憶でき、リムーバブルストレージドライブ７１４、ハードディスクドライブ７１２あるいは通信インタフェース７２４を用いてコンピュータシステム７００へとロードすることができる。アプリケーションモジュール７０６は、プロセッサ７０４によって実行された時、プロセッサ７０４に、ここに説明される本発明の機能を実行させる。
【００３４】
所望のタスクを達成するために、Ｉ／Ｏインタフェース７３０を介したユーザ入力によって、あるいは、ユーザ入力によることなしに、１つ以上のプロセッサ７０４によって実行することができる１つ以上のアプリケーションモジュール７０６を、メインメモリ７０８に、ロードすることもできる。動作中、少なくとも１つのプロセッサ７０４がアプリケーションモジュール７０６のうちの１つを実行すると、結果が演算されて補助メモリ７１０（つまりハードディスクドライブ７１２）に記憶される。時間進行シミュレーションの状況（例えば衝突の結果など）が、テキスト表現あるいはグラフィック表現で、Ｉ／Ｏインタフェース７３０を介してユーザに報告される。
【００３５】
本発明を、具体的な実施形態を参照しながら説明したが、これらの実施形態は単なる例示であって、本発明を限定するものではない。具体的に開示された例示的な実施形態に対する種々の変更あるいは変形を、当業者は思いつくであろう。例えば、グループの全てをデフォルトリストに含める所定の方法を説明し例示したが、他の同等な方法、例えば関心のある特定のグループを含める方法を用いて同じことを達成することもできる。さらに、１の例示的なグループ化方法のみを図３において示したが、ＦＥＡモデルを無数の方法で分割できる。さらに、いくつかの例示的な寄与重み係数を説明し例示した。しかし、同じことを達成するために、他の方法を用いることもできる。最後に、詳細なＲＷＦ一覧の一例のみを図５において示した。しかし、詳細なＲＷＦ一覧を提示する他の手段を、テキスト形式またはグラフィック形式で用いることもできる。つまり、本発明の範囲は、ここで開示した具体的で例示的な実施形態に限定されず、当業者が容易に想到するあらゆる変更が、本願の精神および範囲、そして添付の特許請求の範囲の権利範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００３６】
１０２  自動車
１０４  剛体壁
１１４  剛体柱
１１６  剛体角部
２１０  剛体壁
２１２  ロードセル
２２０  剛体壁定義
２２２ａ〜２２２ｎ  セグメント
３００  車両のＦＥＡモデル
３１１  バンパー
３１２  フェンダ
３１３  車体
３１４  ホイール
３１５  エンジンフード
４１０ａ〜４１０ｂ  グループ
４１２ａ〜４１２ｂ  ノード
４２０ａ〜４２０ｃ  グループ
４２２ａ〜４２２ｄ  ノード
４３０ａ〜４３０ｄ  グループ
４３２ａ〜４３２ｅ  ノード
７００  コンピュータシステム
７０２  バス
７０４  プロセッサ
７０６  モジュール
７０８  メインメモリ（ＲＡＭ）
７１０  補助メモリ
７１２  ハードディスクドライブ
７１４  リムーバブルストレージドライブ
７１８  リムーバブルストレージユニット
７２０  インタフェース
７２２  リムーバブルストレージユニット
７２４  通信インタフェース
７３０  Ｉ／Ｏインタフェース
【図１Ａ】
2014225258.tif 000003
【図１Ｂ】
2014225258.tif 000004
【図１Ｃ】
2014225258.tif 000005
【図１Ｄ】
2014225258.tif 000006
【図２Ａ】
2014225258.tif 000007
【図２Ｂ】
2014225258.tif 000008
【図３】
2014225258.tif 000009
【図４Ａ】
2014225258.tif 000010
【図４Ｂ】
2014225258.tif 000011
【図４Ｃ】
2014225258.tif 000012
【図５】
2014225258.tif 000013
【図６Ａ】
2014225258.tif 000014
【図６Ｂ】
2014225258.tif 000015
【図７】
2014225258.tif 000016
【外国語明細書】
TITLE OF INVENTION
METHODS AND SYSTEMS FOR PROVIDING DETAILED RIGID WALL FORCE SUMMARY IN A TIME-MARCHING SIMULATION OF A VEHICLE COLLIDING WITH A RIGID WALL
FIELD OF THE INVENTION
The present invention generally relates to computer aided engineering analysis, more particularly to methods and systems for providing detailed rigid wall force summary in a time-marching simulation of a vehicle (e.g., an automobile) colliding with a rigid wall.
BACKGROUND 
Computer aided engineering (CAE) has been used for supporting engineers in many tasks. For example, in a structure or product design procedure, CAE analysis, in particular finite element analysis (FEA), has often been employed to evaluate responses (e.g., stresses, displacements, etc.) under various loading conditions (e.g., static or dynamic).  One of the most important computer simulations is to simulate a vehicle colliding with a rigid wall. The rigid wall can be either stationary or moving. Generally, the vehicle is moving into a rigid wall fixed in space.  However, in simulating roof crushing of an automobile, the rigid wall moves into a stationary automobile. Such a simulation can be used for assisting a user to design automobiles to meet the safety requirements.  One of the key information gathered is the rigid wall force (RWF) caused by the impact between the automobile and the rigid wall.  A total rigid wall force summary is provided in such a numerical simulation according to prior art approaches.  However, automotive engineers would like to learn the spatial distribution of the total rigid wall force, so that a better automobile can be designed and/or built.  In physical prototype crash tests, a number of load cells each attached to a segment of the rigid wall are generally installed to determine the spatial force distribution (i.e., RWF at various locations or segments on the rigid wall). However, this force distribution information does not provide any detail as to how each vehicle structural component contributes to the total rigid wall force.  Such detailed information cannot be obtained experimentally for complex vehicle structures.  Design engineers use this information for determining the load path through the vehicle in the structural component design and modification.  It would, therefore, be desirable to have methods and systems for providing detailed rigid wall force summary in a time-marching numerical simulation of a vehicle colliding with a rigid wall.  
SUMMARY 
This section is for the purpose of summarizing some aspects of the present invention and to briefly introduce some preferred embodiments. Simplifications or omissions in this section as well as in the abstract and the title herein may be made to avoid obscuring the purpose of the section. Such simplifications or omissions are not intended to limit the scope of the present invention. 
Methods and systems for providing detailed rigid wall force summary in a time-marching simulation of a vehicle colliding with a rigid wall are disclosed.  According to one aspect of the present invention, a computerized model (e.g., finite element analysis (FEA) model) of a vehicle and a rigid wall definition are received in a computer system with a finite element analysis application module installed thereon.  The FEA model comprises a number of nodes connected by finite elements that are organized in groups.  The rigid wall comprises one or more segments each corresponding to a load cell installed thereon.  A list of groups (i.e., a list of nodes, a list of finite elements, a structural part of a vehicle (e.g., a bumper or a portion of a bumper), etc.) that are desired to have a detailed rigid wall force (RWF) summary is defined by user (i.e., engineer and/or scientist responsible for automobile design and/or manufacturing).  Each of the groups can interact with an arbitrary number of rigid wall segments. If there is no list of groups defined, a default list can be created (e.g., including all structural parts in the FEA model in the list).  A contribution weighting factor is calculated for each node in the FEA model.  When a node belongs to only one group in the list, the contribution weight factor is unity (i.e., the nodal force contribution to the RWF is entirely to that group).  When a node is shared by more than one group, corresponding contribution weighting factor for each of the groups is calculated.  In one embodiment, the contribution weighting factor is determined by the number of groups that share the node.  In another embodiment, the contribution weighting factor is determined by ratio between the groups (e.g., area, mass, or volume ratio). 
A time-marching simulation of the automobile colliding with the rigid wall is conducted using the FEA model. At each solution cycle, a nodal force contribution is calculated for each node according to node type.  Then, for each segment of the rigid wall, the calculated nodal force contributions modified with the nodal contribution weighting factor are summed for each group that has one or more nodes that contact the segment. The total segment force is determined by summing the nodal force contributions modified with the nodal contribution weighting factor of all nodes that are in contact with the segment. The total force acting on the rigid wall is the summation of the segment forces. The total force imparted by a group to the rigid wall is found by the summation of the forces imparted by a group on each segment.  A full detailed RWF summary (e.g., the RWF time history of a particular group for a specific segment) is presented.
One object of the present invention is to allow detailed breakdown of the force contributed from each part (i.e., group of finite elements that are desired to have detailed RWF summary) of a vehicle to respective spatial locations (i.e., segments) of the rigid wall in numerical simulations of automobile crash.
Other objects, features, and advantages of the present invention will become apparent upon examining the following detailed description of an embodiment thereof, taken in conjunction with the attached drawings.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
These and other features, aspects, and advantages of the present invention will be better understood with regard to the following description, appended claims, and accompanying drawings as follows:
FIGS. 1A and 1B are top and side view of a schematic diagram showing an exemplary automobile colliding with a rigid wall;
FIG. 1C is a schematic diagram showing an exemplary automobile colliding with a rigid pole;
FIG. 1D is a schematic diagram showing an exemplary automobile colliding with a rigid corner;
FIG. 2A is a diagram showing an exemplary rigid wall having a number of load cells deposed thereon, according to an embodiment of the present invention;
FIG. 2B is a diagram showing a rigid wall definition having a number of segments each corresponding to one of the load cells of FIG. 2A, according to an embodiment of the present invention;
FIG. 3 is a schematic diagram showing an exemplary finite element analysis model of a vehicle being organized with a number of groups, according to an embodiment of the present invention;
FIGS. 4A-4C are schematic diagrams showing various exemplary nodes being shared by more than one group of finite elements, according to an embodiment of the present invention;
FIG. 5 is a diagram showing an exemplary detailed rigid wall force summary in accordance with an embodiment of the present invention;
FIGS. 6A-6B are collectively a flowchart illustrating an exemplary process of providing detailed rigid wall force summary in a time-marching simulation of a vehicle colliding with a rigid wall, according to an embodiment of the present invention; and
FIG. 7 is a function diagram showing salient components of an exemplary computer system, in which an embodiment of the present invention may be implemented.
DETAILED DESCRIPTION
In the following description, numerous specific details are set forth in order to provide a thorough understanding of the present invention.  However, it will become obvious to those skilled in the art that the present invention may be practiced without these specific details.  The descriptions and representations herein are the common means used by those experienced or skilled in the art to most effectively convey the substance of their work to others skilled in the art.  In other instances, well-known methods, procedures, and components have not been described in detail to avoid unnecessarily obscuring aspects of the present invention.
Reference herein to “one embodiment” or “an embodiment” means that a particular feature, structure, or characteristic described in connection with the embodiment can be included in at least one embodiment of the invention.  The appearances of the phrase “in one embodiment” in various places in the specification are not necessarily all referring to the same embodiment, nor are separate or alternative embodiments mutually exclusive of other embodiments.  Further, the order of blocks in process flowcharts or diagrams representing one or more embodiments of the invention do not inherently indicate any particular order nor imply any limitations in the invention.
Embodiments of the present invention are discussed herein with reference to FIGS. 1A-7. However, those skilled in the art will readily appreciate that the detailed description given herein with respect to these figures is for explanatory purposes as the invention extends beyond these limited embodiments.
Methods and systems for providing detailed rigid wall force (RWF) summary in a time-marching simulation of a vehicle colliding with a rigid wall are disclosed.  FIGS. 1A-1B show top and side views of a schematic diagram of an exemplary automobile 102 colliding with a rigid wall 104.  A time-marching simulation of such an impact event has been conducted in a computer system having an application module (e.g., a finite element analysis software package) installed thereon.   The rigid wall 104 is shown as a flat wall.  For those having ordinary skill in the art would know that other types of rigid wall can also be used, for example, a rigid pole 114 shown in FIG. 1C, a rigid corner 116 shown in FIG. 1D, etc.  FIG. 2A shows an exemplary rigid wall 210 with a number of load cells 212 deposed thereon.  Corresponding rigid wall definition 220 including respective segments 222a-222n is shown in FIG. 2B. Also, the rigid wall can be either stationary or moving.  Generally, the vehicle moves towards a rigid wall fixed in space in a simulation of frontal crash. However, a moving rigid wall is used in a roof crush simulation.
Referring now to FIG. 6A, it shows a flowchart illustrating an exemplary process 600 of providing detailed rigid wall force summary in a time-marching simulation of a vehicle colliding with a rigid wall, according to an embodiment of the present invention. Process 600 is preferably implemented in software.
Process 600 starts by receiving a finite element analysis (FEA) model representing a vehicle (e.g., an automobile) and a rigid wall definition in a computer system (e.g., computer system 700 in FIG. 7) at step 602. The FEA model is used for obtaining structural behaviors of the vehicle in an impact event in a time-marching simulation.  The computer system has a finite element analysis application module installed thereon.  The FEA model contains a plurality of nodes connected by a plurality of finite elements being organized in groups. Each group can include a list of nodes, a list of finite elements, a structural part, or a portion of a part.  In one embodiment, each group represents a part of the vehicle. For example, shown in FIG. 3, a FEA model 300 of an exemplary vehicle is organized by groups of finite elements (not explicitly shown). Such division scheme is to allow detailed RWF summary to include contribution from each of the groups.  Further in FIG. 3, bumper 311, fenders 312, car body 313, wheels 314 and hood 315 are shown.  It is noted that other schemes may be used to achieve the same. For example, bumper 313 may be divided into more than one group (i.e., portion of a structural part).
Next at decision 604, it is determined whether a list of groups that are desired to have detailed rigid wall force summary is defined by user. If not, a list of groups is created with a predefined scheme (e.g., including each part in the FEA as a group) at step 606.  Otherwise, process 600 follows the 'yes' branch to step 608, in which contribution weighting factors for all nodes of the FEA model are either assigned or calculated.  To those nodes belong to only one group, the contribution weighting factor of unity (1.0) is assigned. For those nodes shared by more than one group in the list, corresponding weighting factors are calculated using a predetermined scheme, for example, based on number of the groups sharing the node, based on a ratio amongst the groups sharing the node, etc.
For a node shared by multiple groups, the summation of the weighting factors assigned to the node in each group equals unity. FIG. 4A shows two groups 410a-410b share two nodes 412a-412b.  FIG. 4B show three groups 420a-420c share various nodes 422a-422d.  FIG. 4C show four groups 430a-430d share nodes 432a-432e.  Using the number of groups sharing a node as criterion, the contribution weighting factor is 50% for nodes 412a-412b as each contributes 50% to neighboring groups 410a-410b, respectively.  For the example shown in FIG. 4B, the contribution weighting factors are 50% for nodes 422a-422c and 33% for nodes 422d to respective neighboring groups.  In the example shown in FIG. 4C, the contribution weighting factors are 50% for nodes 432a-432d and 25% for node 432e to respective neighboring groups. 
If an area or a volume ratio is used as calculation basis, the contribution weighting factors for node 422d may be 25% for groups 420a and 420b and 50% for group 420c. Similarly, the contribution weighting factors for nodes 422b and 422c may be 33% for groups 420a and 420b, respectively, and 67% for group 420c.
Next, at step 610,  a time-marching simulation of the vehicle colliding with the rigid wall is conducted using the FEA model and the rigid wall definition.  The time-marching simulation contains a plurality of solution cycles in time. At each solution cycle, nodal force contribution of each of the nodes in the FEA model is calculated according to the node type at step 612.  The calculated nodal force contribution is then modified with corresponding weighting factor before accumulated into the detailed RWF summary under corresponding group and segment.  In one embodiment, shown in FIG. 6B, for each segment of the rigid wall, the calculated nodal force contributions modified with the nodal contribution weighting factor are summed for each group that has one or more nodes that contact the segment at step 612a. The total segment force is determined by summing the nodal force contributions modified with the nodal contribution weighting factor of all nodes that are in contact with the segment at step 612b. The total force acting on the rigid wall is the summation of the segment forces at step 612c. The total force imparted by a group to the rigid wall is found by the summation of the forces imparted by a group on each segment at step 612d.
The nodal force contribution vector includes the force normal to the rigid wall and two tangential forces representing the frictional components when friction option is activated in the time-marching simulation (i.e., friction is included in the simulation). The following formula are used for calculating the nodal force contribution:
For a regular node being modeled with appropriate nodal mass:
FNODE = MNODE (A+ - A-)
where:  FNODE is the nodal force contribution vector,
MNODE is scalar nodal mass,
A+ is nodal acceleration vector after contact with the rigid wall, and
A- is nodal acceleration vector before contact with the rigid wall.
For a node being modeled without an accurate nodal mass under a penalty formulation (e.g., a node in a rigid body):
FNODE =Fn+Ft
Fn = (KΔu) n 
where:  FNODEis the nodal force contribution vector,
Fnis the nodal force contribution normal to the rigid wall,
K is the assigned stiffness (i.e., the penalty) in the penalty formulation,
Δu is the penetration of the node (i.e., node modeled without an accurate nodal mass) through the rigid wall,
n is a unit normal vector to the rigid wall, and
Ftis the frictional forces orthogonal to the normal force (to be included when the friction option is activated in the simulation).
In one embodiment, assigned stiffness for a node in a rigid body is determined by the material property of the rigid body.
Finally, at step 614, the detailed RWF summary is presented after the time-marching simulation has ended.  The detailed RWF summary can be presented in various forms.  In one example, rigid wall force versus time is shown in FIG. 5. Three different groups are shown in stacked curves. Total rigid wall force is shown as curve 510, while curves 512 and 514 are force contributions at two different segments (i.e., two separate spatial locations) of the rigid wall. In another embodiment, RWF time history of a particular group of finite elements for a specific segment may be used (not shown).  In yet another embodiment, RWF time history of a single group interacting with all segments may be used (not shown).  Process 600 ends thereafter.
According to one aspect, the present invention is directed towards one or more computer systems capable of carrying out the functionality described herein. An example of a computer system 700 is shown in FIG. 7. The computer system 700 includes one or more processors, such as processor 704. The processor 704 is connected to a computer system internal communication bus 702. Various software embodiments are described in terms of this exemplary computer system. After reading this description, it will become apparent to a person skilled in the relevant art(s) how to implement the invention using other computer systems and/or computer architectures.
Computer system 700 also includes a main memory 708, preferably random access memory (RAM), and may also include a secondary memory 710. The secondary memory 710 may include, for example, one or more hard disk drives 712 and/or one or more removable storage drives 714, representing a floppy disk drive, a magnetic tape drive, an optical disk drive, etc. The removable storage drive 714reads from and/or writes to a removable storage unit 718 in a well-known manner. Removable storage unit 718, represents a floppy disk, magnetic tape, optical disk, etc. which is read by and written to by removable storage drive 714. As will be appreciated, the removable storage unit 718 includes a computer readable medium having stored therein computer software and/or data.
In alternative embodiments, secondary memory 710 may include other similar means for allowing computer programs or other instructions to be loaded into computer system 700. Such means may include, for example, a removable storage unit 722 and an interface 720. Examples of such may include a program cartridge and cartridge interface (such as that found in video game devices), a removable memory chip (such as an Erasable Programmable Read-Only Memory (EPROM), Universal Serial Bus (USB) flash memory, or PROM) and associated socket, and other removable storage units 722 and interfaces 720 which allow software and data to be transferred from the removable storage unit 722 to computer system 700. Ingeneral, Computer system 700 is controlled and coordinated by operating system (OS) software, which performs tasks such as process scheduling, memory management, networking and I/O services.  
There may also be a communications interface 724 connecting to the bus 702. Communications interface 724 allows software and data to be transferred between computer system 700and external devices. Examples of communications interface 724 may include a modem, a network interface (such as an Ethernet card), a communications port, a Personal Computer Memory Card International Association (PCMCIA) slot and card, etc. 
The computer 700 communicates with other computing devices over a data network based on a special set of rules (i.e., a protocol). One of the common protocols is TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol) commonly used in the Internet. In general, the communication interface 724manages the assembling of a data file into smaller packets that are transmitted over the data network or reassembles received packets into the original data file. In addition, the communication interface 724 handles the address part of each packet so that it gets to the right destination or intercepts packets destined for the computer 700.
In this document, the terms “computer recordable storage medium”, "computer recordable medium" and "computer readable medium" are used to generally refer to media such as removable storage drive 714, and/or a hard disk installed in hard disk drive 712. These computer program products are means for providing software to computer system 700. The invention is directed to such computer program products. 
The computer system 700 may also include an input/output (I/O) interface 730, which provides the computer system 700 to access monitor, keyboard, mouse, printer, scanner, plotter, and alike. 
Computer programs (also called computer control logic) are stored as application modules 706 in main memory 708 and/or secondary memory 710. Computer programs may also be received via communications interface 724. Such computer programs, when executed, enable the computer system 700 to perform the features of the present invention as discussed herein. In particular, the computer programs, when executed, enable the processor 704 to perform features of the present invention. Accordingly, such computer programs represent controllers of the computer system 700. 
In an embodiment where the invention is implemented using software, the software may be stored in a computer program product and loaded into computer system 700 using removable storage drive 714, hard drive 712, or communications interface 724. The application module 706, when executed by the processor 704, causes the processor 704 to perform the functions of the invention as described herein. 
The main memory 708 may be loaded with one or more application modules 706 that can be executed by one or more processors 704 with or without a user input through the I/O interface 730 to achieve desired tasks. In operation, when at least one processor 704 executes one of the application modules 706, the results are computed and stored in the secondary memory 710 (i.e., hard disk drive 712). The status of the time-marching simulation (e.g., results due to impact, etc.) is reported to the user via the I/O interface 730 either in a text or in a graphical representation.
Although the present invention has been described with reference to specific embodiments thereof, these embodiments are merely illustrative, and not restrictive of, the present invention. Various modifications or changes to the specifically disclosed exemplary embodiments will be suggested to persons skilled in the art. For example, whereas a predefined scheme of including all of the groups into a default list has been described and shown, other equivalent schemes can be used to achieve the same, for example, including a particular group of interest.  Additionally, only one exemplary grouping scheme is shown in FIG. 3, the FEA model can be divided in unlimited number of schemes. Further, few exemplary contribution weighting factors have been shown and described. Other schemes may be used for achieving the same. Finally, only one example of detailed RWF summary is shown in FIG. 5. Other means for presenting the detailed RWF summary may be used in either text or graphical form.  In summary, the scope of the invention should not be restricted to the specific exemplary embodiments disclosed herein, and all modifications that are readily suggested to those of ordinary skill in the art should be included within the spirit and purview of this application and scope of the appended claims.
CLAIMS
I claim:
1.  A method of providing detailed rigid wall force summary in a time-marching simulation of a vehicle colliding with a rigid wall comprising:
receiving a finite element analysis (FEA) model and a rigid wall definition in
a computer system having a FEA application module installed thereon, the FEA
model representing a vehicle and the rigid wall definition, wherein the FEA
model and the rigid wall definition are to be used in a time-marching
simulation of the vehicle colliding with the rigid wall, the FEA model
contains a plurality of nodes connected by a plurality of finite elements
being organized into one or more groups, and the rigid wall definition
contains one or more segments representing corresponding spatial locations
on the rigid wall;
determining  whether a list of the groups desirous to have a detailed rigid 
wall force (RWF) summary is defined;
if not, creating the list by including all structural parts of the vehicle; 
calculating one or more contribution weighting factors for each of the nodes
for one or more groups in the list, respectively;
starting the time-marching simulation that contains a plurality of solutio
cycles in time;
at each of the solution cycles, calculating a nodal force contribution of each
of the nodes in accordance with a node type and accumulating the calculated
nodal force contribution modified with the corresponding contribution
weighting factor into the detailed RWF summary under corresponding one of
the groups for corresponding one of the segments; and
presenting the detailed RWF summary after the time-marching simulation has
completed.
2.  The method of Claim 1, wherein the weighing factors includes respective weighting factors for those groups that share said each node using a predefined scheme.
3.  The method of Claim 2, wherein the predefined scheme is based on number of said those groups share said each node.
4.  The method of Claim 1, wherein said accumulating the calculated nodal force contribution modified with the corresponding contribution weighting factor into the detailed RWF summary further comprises:
summing up the calculated nodal force contributions modified with nodal
contribution weighting factor for each of the groups that has one or more
nodes that contact with the rigid wall for each of the segments;
obtaining rigid wall force of a particular segment by summing up the
calculated nodal force contribution modified with nodal contribution
weighting factor for all nodes that are in contact with the particular
segment;
obtaining the total rigid wall force by summing up all of the rigid wall
forces for all of the segments; and
obtaining total forces imparted by a particular group to the rigid wall by
summing up the forces imparted by said particular group on all of the
segments.
5.  The method of Claim 1, wherein, when the node type indicates said each node being modeled with appropriate nodal mass, the nodal force contribution is calculated as follows: 
FNODE = MNODE (A+ - A-)
where FNODE is a vector representing the nodal force contribution,
MNODE is scalar nodal mass,
A+ represents nodal acceleration vector after contact with the rigid wall,
A- represents nodal acceleration vector before contact with the rigid wall.
6.  The method of Claim 5, wherein the nodal force contribution includes frictional forces when friction option is activated in the time-marching simulation.
7.  The method of Claim 1, wherein, when the node type indicates said each node being modeled without nodal mass under a penalty formulation,the nodal force contribution is calculated as follows:   
FNODE  = Fn + Ft
Fn  = (KΔu) n 
where:  FNODE is a vector representing the nodal force contribution,
Fn represents a normal portion of the nodal force contribution normal to the rigid wall,
K represents assigned stiffness at said each node being modeled without nodal mass in the penalty formulation,
Δu represents nodal penetration of said each node being modeled without nodal mass through the rigid wall,
n represents a unit normal vector to the rigid wall, and
Ft represents frictional forces orthogonal to the normal portion, when friction option is activated in the time-marching simulation.
8.  A system for providing detailed rigid wall force summary in a time-marching simulation of a vehicle colliding with a rigid wall comprising:
a main memory for storing computer readable code for a finite element analysis
(FEA) application module;
at least one processor coupled to the main memory, said at least one processor
executing the computer readable code in the main memory to cause the FEA
application module to perform operations by a method of:
receiving a finite element analysis (FEA) model and a rigid wall definition,
the FEA model representing a vehicle and the rigid wall definition, wherein
the FEA model and the rigid wall definition are to be used in a time-
marching simulation of the vehicle colliding with the rigid wall, the FEA
model contains a plurality of nodes connected by a plurality of finite
elements being organized into one or more groups, and the rigid wall
definition contains one or more segments representing corresponding spatial
locations on the rigid wall;
determining  whether a list of the groups desirous to have a detailed rigid
wall force (RWF) summary is defined;
if not, creating the list by including all structural parts of the vehicle;
calculating one or more contribution weighting factors for each of the nodes
for one or more groups in the list, respectively;
starting the time-marching simulation that contains a plurality of solution 
cycles in time;
at each of the solution cycles, calculating a nodal force contribution of each
of the nodes in accordance with a node type and accumulating the calculated
nodal force contribution modified with the corresponding contribution
weighting factor into the detailed RWF summary under corresponding one of
the groups for corresponding one of the segments; and
presenting the detailed RWF summary after the time-marching simulation has 
completed.
9.  The system of Claim 8, wherein the weighing factors includes respective weighting factors for those groups that share said each node using a predefined scheme.
10.  The system of Claim 9, wherein the predefined scheme is based on number of said those groups share said each node.
11.  The system of Claim 8, wherein said accumulating the calculated nodal force contribution modified with the corresponding contribution weighting factor into the detailed RWF summary further comprises:
summing up the calculated nodal force contributions modified with nodal
contribution weighting factor for each of the groups that has one or more
nodes that contact with the rigid wall for each of the segments;
obtaining rigid wall force of a particular segment by summing up the
calculated nodal force contribution modified with nodal contribution
weighting factor for all nodes that are in contact with the particular
segment;
obtaining the total rigid wall force by summing up all of the rigid wall
forces for all of the segments; and
obtaining total forces imparted by a particular group to the rigid wall by
summing up the forces imparted by said particular group on all of the
segments.
12.  The system of Claim 8, wherein, when the node type indicates said each node being modeled with appropriate nodal mass, the nodal force contribution is calculated as follows: 
FNODE = MNODE (A+ - A-)
where FNODE is a vector representing the nodal force contribution,
MNODE is scalar nodal mass,
A+ represents nodal acceleration vector after contact with the rigid wall,
A- represents nodal acceleration vector before contact with the rigid wall.
13.  The system of Claim 8, wherein, when the node type indicates said each node being modeled without nodal mass under a penalty formulation, the nodal force contribution is calculated as follows: 
FNODE  = Fn + Ft
Fn  = (KΔu) n 
where:  FNODE is a vector representing the nodal force contribution,
Fn represents a normal portion of the nodal force contribution normal to the rigid wall,
K represents assigned stiffness at said each node being modeled without nodal mass in the penalty formulation,
Δu represents nodal penetration of said each node being modeled without nodal mass through the rigid wall,
n represents a unit normal vector to the rigid wall, and
Ft represents frictional forces orthogonal to the normal portion, when friction option is activated in the time-marching simulation.
14.  The system of Claim 8, wherein the segments correspond to load cells deposed on the rigid wall.
15.  A non-transitory computer readable storage medium containing instructions for providing detailed rigid wall force summary in a time-marching simulation of a vehicle colliding with a rigid wall by a method comprising:
receiving a finite element analysis (FEA) model and a rigid wall definition in
a computer system having a FEA application module installed thereon, the FEA
model representing a vehicle and the rigid wall definition, wherein the FEA
model and the rigid wall definition are to be used in a time-marching
simulation of the vehicle colliding with the rigid wall, the FEA model
contains a plurality of nodes connected by a plurality of finite elements
being organized into one or more groups, and the rigid wall definition
contains one or more segments representing corresponding spatial locations
on the rigid wall;
determining  whether a list of the groups desirous to have a detailed rigid
wall force (RWF) summary is defined;
if not, creating the list by including all structural parts of the vehicle; 
calculating one or more contribution weighting factors for each of the nodes
for one or more groups in the list, respectively;
starting the time-marching simulation that contains a plurality of solution
cycles in time;
at each of the solution cycles, calculating a nodal force contribution of each
of the nodes in accordance with a node type and accumulating the calculated
nodal force contribution modified with the corresponding contribution
weighting factor into the detailed RWF summary under corresponding one of
the groups for corresponding one of the segments; and
presenting the detailed RWF summary after the time-marching simulation has
completed.
16.  The non-transitory computer readable storage medium of Claim 15, wherein the weighing factors includes respective weighting factors for those groups that share said each node using a predefined scheme.
17.  The non-transitory computer readable storage medium of Claim 16, wherein the predefined scheme is based on number of said those groups share said each node.
18.  The non-transitory computer readable storage medium of Claim 15, wherein said accumulating the calculated nodal force contribution modified with the corresponding contribution weighting factor into the detailed RWF summary further comprises:
summing up the calculated nodal force contributions modified with nodal
contribution weighting factor for each of the groups that has one or more
nodes that contact with the rigid wall for each of the segments;
obtaining rigid wall force of a particular segment by summing up the
calculated nodal force contribution modified with nodal contribution
weighting factor for all nodes that are in contact with the particular
segment;
obtaining the total rigid wall force by summing up all of the rigid wall
forces for all of the segments; and
obtaining total forces imparted by a particular group to the rigid wall by
summing up the forces imparted by said particular group on all of the
segments.
19.  The non-transitory computer readable storage medium of Claim 15, wherein, when the node type indicates said each node being modeled with approapriate nodal mass, the nodal force contribution is calculated as follows:
FNODE = MNODE (A+ - A-)
where FNODE is a vector representing the nodal force contribution,
MNODE is scalar nodal mass,
A+ represents nodal acceleration vector after contact with the rigid wall,
A- represents nodal acceleration vector before contact with the rigid wall.
20.  The non-transitory computer readable storage medium of Claim 15, wherein, when the node type indicates said each node being modeled without nodal mass under a penalty formulation, the nodal force contribution is calculated as follows: 
FNODE  = Fn + Ft
Fn  = (KΔu) n 
where:  FNODE is a vector representing the nodal force contribution,
Fn represents a normal portion of the nodal force contribution normal to the rigid wall,
K represents assigned stiffness at said each node being modeled without nodal mass in the penalty formulation,
Δu represents nodal penetration of said each node being modeled without nodal mass through the rigid wall,
n represents a unit normal vector to the rigid wall, and
Ft represents frictional forces orthogonal to the normal portion, when friction option is activated in the time-marching simulation.
ABSTRACT OF THE DISCLOSURE
A finite element analysis (FEA) model of a vehicle and a rigid wall definition are received.  The FEA model comprises a number of nodes connected by finite elements that are organized in groups.  The rigid wall comprises one or more segments each corresponding to a load cell installed thereon.  A list of groups that are desired to have a detailed rigid wall force (RWF) summary is defined by user.  A contribution weighting factor is calculated for each node in the FEA model.  A time-marching simulation of the vehicle colliding with the rigid wall is conducted. At each solution cycle, a nodal force contribution is calculated for each node according to node type.  The calculated nodal force contribution modified with the contribution weighting factor is accumulated in the detail RWF summary under respective groups and segments.  A full detailed RWF summary is presented.
[Fig. 6A]
Figure 1A
2014225258.tif 000017
Figure 1B
2014225258.tif 000018
Figure 1C
2014225258.tif 000019
Figure 1D
2014225258.tif 000020
Figure 2A
2014225258.tif 000021
Figure 2B
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Figure 3
2014225258.tif 000023
Figure 4A
2014225258.tif 000024
Figure 4B
2014225258.tif 000025
Figure 4C
2014225258.tif 000026
Figure 5
2014225258.tif 000027
Figure 6A
2014225258.tif 000028
Figure 6B
2014225258.tif 000029
Figure 7
2014225258.tif 000030