(57)【要約】      （修正有）【課題】どの部位にどのような引っ張り荷重を加えれば、ワイヤーハーネスをできるだけ破断することなく固定対象から引き剥がすことができるかを、予測する方法及び装置を提供する。【解決手段】ワイヤーハーネスの有限要素モデル１０を用いる。有限要素モデル１０は、単線が複数本束ねられた部分を含む。複数のビーム２０は、ワイヤーハーネスの中心線上に重複して配置され、各ビーム２０には対応する単線の引張り特性と、対応する単線の引張り特性以外の特性（曲げ特性等）に複線倍率βを乗じた特性と、が与えられる。断面シェル３０は、ワイヤーハーネスと同径の円板シェルであり、ビーム２０と剛体結合され、ワイヤーハーネスの圧縮特性に応じた特性が与えられる。管シェル４０は、断面シェルに結合され、ワイヤーハーネスの摩擦係数が与えられる。テープシェル５０は、隣接する管シェル間を繋ぐように設けられ、ワイヤーハーネスの摩擦係数が与えられる。【選択図】図１０
2014066662.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
単数又は複数の素線を含む単線が複数本束ねられた部分を含み且つ固定対象に取り付けられたワイヤーハーネスを、前記ワイヤーハーネスの一部を把持しながら前記固定対象から引き剥がす解体作業における、前記ワイヤーハーネスの状態を有限要素法を用いて予測する方法において、
それぞれが前記複数本の単線のそれぞれに対応する複数のビームであって、前記複数のビームのそれぞれには前記対応する単線の引張り特性が与えられるとともに同単線の曲げ、せん断及びねじりの各特性に基づく特性が与えられ、且つ、前記複数のビームのそれぞれが複数のバー要素から構成されるとともに前記ワイヤーハーネスの断面中心線上に重複して配置される、複数のビームと、
前記ワイヤーハーネスの所定部位の直径に対応する直径を有するとともに前記ワイヤーハーネスの前記所定部位の圧縮剛性に応じた剛性が与えられる円板状の断面シェルであって、前記断面シェルは複数のシェル要素から構成され、且つ、前記ワイヤーハーネスの断面中心線上において前記バー要素と剛体結合される、断面シェルと、
前記断面シェルの外周を取り囲む管シェルであって、前記管シェルが配置される位置における前記ワイヤーハーネスの外面の摩擦特性が与えられ、複数のシェル要素から構成される管シェルと、
前記ワイヤーハーネスの断面中心線に沿う方向において互いに隣接する一対の前記管シェルの双方に結合されるテープシェルであって、複数のシェル要素から構成されるテープシェルと、
を備える前記ワイヤーハーネスの有限要素モデル、
をコンピュータの記憶部内に構築して記憶させる有限要素モデル構築工程と、
前記有限要素モデルを用いて、前記ワイヤーハーネスの一部を把持しながら前記固定対象から引き剥がすための力を同ワイヤーハーネスに作用させた場合における同ワイヤーハーネスの状態を予測する計算を、コンピュータの演算部によって行わせる予測工程と、
前記演算部による計算結果をコンピュータの出力部から出力させる出力工程と、
を含む方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、
前記複数のビームのそれぞれに与えられる前記単線の曲げ、せん断及びねじりの各特性に基づく特性は、前記単線の単体試験結果に基づき求められた前記各特性に、前記単線の各特性に対する同単線が複数本束ねられた場合の同単線の各対応する特性の比βであって同単線が複数本束ねられた単線束に対して実施される試験結果に基づき求められた比βである複線倍率β、を乗じることにより得られる特性である、
方法。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の方法において、
前記ワイヤーハーネスの有限要素モデルは、
前記単線の端部に接続されるコネクタに対応したコネクタ用ビームであって同コネクタの破断荷重値が特性値として与えられるコネクタ用ビームを含む、
方法。
【請求項４】
単数又は複数の素線を含む単線が複数本束ねられた部分を含み且つ固定対象に取り付けられたワイヤーハーネスを、前記ワイヤーハーネスの一部を把持しながら前記固定対象から引き剥がす解体作業における、前記ワイヤーハーネスの状態を有限要素法を用いて予測する方法において、
それぞれが前記複数本の単線のそれぞれに対応する複数のビームであって、前記複数のビームのそれぞれには前記対応する単線の引張り特性が与えられるとともに同単線の曲げ、せん断及びねじりの各特性に基づく特性が与えられ、且つ、前記複数のビームのそれぞれが複数のバー要素から構成されるとともに前記ワイヤーハーネスの断面中心線上に重複して配置される、複数のビームと、
前記ワイヤーハーネスの所定部位の直径に対応する直径を有するとともに前記ワイヤーハーネスの前記所定部位の圧縮剛性に応じた剛性が与えられる円板状の断面シェルであって、前記断面シェルは複数のシェル要素から構成され、且つ、前記ワイヤーハーネスの断面中心線上において前記バー要素と剛体結合される、断面シェルと、
前記断面シェルの外周を取り囲む管シェルであって、前記管シェルが配置される位置における前記ワイヤーハーネスの外面の摩擦特性が与えられ、複数のシェル要素から構成される管シェルと、
前記ワイヤーハーネスの断面中心線に沿う方向において互いに隣接する一対の前記管シェルの双方に結合されるテープシェルであって、複数のシェル要素から構成されるテープシェルと、
を備える前記ワイヤーハーネスの有限要素モデル、
を記憶する記憶部と、
前記有限要素モデルを用いて、前記ワイヤーハーネスの一部を把持しながら前記固定対象から引き剥がすための力を同ワイヤーハーネスに作用させた場合における同ワイヤーハーネスの状態を予測する計算を行なう演算部と、
前記演算部による計算結果を出力する出力部と、
を備える予測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車及び一般機械等の固定対象に配索されるワイヤーハーネスを同固定対象から引き剥がす際の同ワイヤーハーネスの状態を予測する方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車及び一般機械等には電気的装置（例えば、電子制御回路、スイッチ類及び表示装置等）が多数搭載される。それらの電気的装置は、図１に示したワイヤーハーネス１００により電気的に接続される。このようなワイヤーハーネス１００が配索される装置（例えば、自動車及び一般機械等であり、以下、「固定対象」と総称する。）を解体する場合、ワイヤーハーネス１００の一部に引張り荷重を加え、ワイヤーハーネス１００をその装置から引き剥がす（除去する）作業が行われる（例えば、特許文献１を参照。）。
【０００３】
ワイヤーハーネスを除去することは、ワイヤーハーネスに含まれる銅の再資源化とともに、金属を回収する際に固定対象を構成している鉄とワイヤーハーネスに含まれる銅とが混在することを防止する上で重要である。近年は、図１３及び図１４に示したように、自由度の高い操作が可能な「ニブラと呼ばれる解体重機１１０」によりワイヤーハーネス１００の一部を把持し、ワイヤーハーネス１００を固定対象１２０から引き剥がすことが多い。ニブラ１１０を用いて、極力短時間でより多くのワイヤーハーネス１００を固定対象１２０から引き剥がすことは解体作業を効率化するために重要な課題である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−５１８８０号公報（図４を参照。）
【発明の概要】
【０００５】
しかしながら、図１に示したように、ワイヤーハーネス１００は、単線（単数又は複数の電線１０１が束ねられ且つ樹脂１０２等により被覆されたワイヤー）１０３が複数本束ねられた部分を含む。より具体的には、ワイヤーハーネスは、比較的多くの単線が束ねられている部分と、比較的少ない単線が束ねられている部分と、単線のみの部分と、を含む。従って、引張り荷重を与える場所（即ち、ニブラにて把持する場所）、引張り荷重の大きさ及び方向等を適切に調整しないと、ワイヤーハーネスの引き剥がし作業中にワイヤーハーネスが破断する。ワイヤーハーネスが破断すると、ワイヤーハーネスの全体を固定対象から除去するための作業が増加し、解体作業効率が低下する。
【０００６】
本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものである。即ち、本発明の目的は、ワイヤーハーネスを固定対象から引き剥がす際、ワイヤーハーネスのどの部位にどのような引っ張り荷重を加えれば、ワイヤーハーネスをできるだけ破断することなく固定対象から引き剥がすことができるかを、予め予測することができる「ワイヤーハーネス状態の予測方法及び装置」を提供することにある。
【０００７】
本発明のワイヤーハーネス状態の予測方法（以下、「本発明方法」と称呼する。）は、ワイヤーハーネスを、そのワイヤーハーネスの一部を把持しながらワイヤーハーネスの固定対象から引き剥がす解体作業における、そのワイヤーハーネスの状態を有限要素法を用いて予測する方法に関する。ワイヤーハーネスは、「複数の素線を含む単線」が複数本束ねられた部分を含む。ワイヤーハーネスは、単数の単線のみを含む部分も有する。
【０００８】
この方法は、
ワイヤーハーネスの有限要素モデルを構築しそれを記憶部に記憶させる有限要素モデル構築工程と、
前記有限要素モデルを用いて、前記ワイヤーハーネスの一部を把持しながら前記固定対象から引き剥がすための力を同ワイヤーハーネスに作用させた場合における同ワイヤーハーネスの状態を予測する計算を、コンピュータの演算部によって行わせる予測工程と、
前記演算部による計算結果をコンピュータの出力部から出力させる出力工程と、
を含む。
【０００９】
前記ワイヤーハーネスの有限要素モデル（ワイヤーハーネスモデル）は、複数のビームと、断面シェルと、管シェルと、テープシェルと、を含む。
【００１０】
前記複数のビーム（中心ビーム）は、それぞれが前記複数本の単線のそれぞれに対応する。前記複数のビームのそれぞれはバー要素により構成（分割）される。前記複数のビームのそれぞれには、前記対応する単線の引張り特性と、前記対応する単線の「曲げ、せん断及びねじり」の各特性に基づく特性と、が与えられる。前記複数のビームのそれぞれは、前記ワイヤーハーネスの断面中心線上に重複して配置される。
【００１１】
前記断面シェルは、前記ワイヤーハーネスの所定部位の直径に対応する直径を有するとともに前記ワイヤーハーネスの前記所定部位の圧縮剛性が与えられる、円板状のシェルである。前記断面シェルは、複数のシェル要素により構成（分割）され、前記断面中心線上において前記バー要素と剛体結合される。
【００１２】
前記管シェルは、前記断面シェルの外周を取り囲むシェルである。前記管シェルには、前記管シェルが配置される位置における前記ワイヤーハーネスの外面の摩擦特性が与えられる。前記管シェルは、複数のシェル要素により構成される。
【００１３】
前記テープシェルは、前記ワイヤーハーネスの断面中心線に沿う方向において互いに隣接する一対の前記管シェルの双方に結合される。前記テープシェルのそれぞれは、複数のシェル要素により構成される。なお、そのシェル要素には、前記テープシェルが配置される位置における前記ワイヤーハーネスの外面の摩擦特性が与えられることが好ましい。
【００１４】
このように構成されるワイヤーハーネスモデルは、ワイヤーハーネスが広範囲に配索される複雑性（二次元複雑性）と、ワイヤーハーネスが「その断面において複数の単線が束ねられている」ことによる複雑性（三次元断面複雑性、即ち、ワイヤーハーネスが太さを有していることによる特性）と、を精度良く表すことができる。このワイヤーハーネスモデルは、ワイヤーハーネスの引張り特性（引張り剛性）を精度良く表すとともに、引張り特性以外の曲げ剛性（特性）等を精度良く表すことができる。更に、このワイヤーハーネスモデルは、太さを有している（太さを表現している）ので、面接触による摩擦力を精度良く表すことができるとともに、ニブラ等により把持した場合のワイヤーハーネスの挙動を表すこともできる。従って、本発明の方法によれば、ワイヤーハーネスの挙動を精度良く予測することができる。本発明は、かかる方法を実現する予測装置にも及ぶ。
【００１５】
本発明の他の目的、他の特徴及び付随する利点は、以下の図面を参照しつつ記述される本発明の実施形態についての説明から容易に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係る「ワイヤーハーネスの引き剥がし時におけるワイヤーハーネス状態の予測方法」が適用されるワイヤーハーネスを模式的に示した図である。
【図２】図２は、図１に示したワイヤーハーネスの端部と、その端部に接続されるコネクタと、を示した図である。
【図３】図３は、図１に示したワイヤーハーネスが車両のボディに配索された様子を示した図である。
【図４】図４は、図１に示したワイヤーハーネスの、配線表、配線図、線構成表及び配線分解図の一例を示す。
【図５】図５は、種々のワイヤーハーネスモデルを概念的に示した図である。
【図６】図６は、図１に示したワイヤーハーネスの引っ掛かり挙動を説明するための図である。
【図７】図７は、図１に示したワイヤーハーネス及び単一梁モデルの「他部材に対する接触状態」を説明するための図である。
【図８】図８は、図１に示したワイヤーハーネス及び単一梁モデルの「ニブラによる把持状態」を説明するための図である。
【図９】図９は、図１に示したワイヤーハーネスが落下する際の挙動を説明するための図である。
【図１０】図１０は、本発明の実施形態に係るワイヤーハーネス状態の予測方法に用いられるワイヤーハーネスモデル（有限要素モデル）を示した図であり、（Ａ）は前記ワイヤーハーネスモデルの断面図、（Ｂ）は前記ワイヤーハーネスモデルの斜視図、（Ｃ）は前記ワイヤーハーネスモデルであってテープシェルを省いた状態にあるモデルの斜視図である。
【図１１】図１１の（Ａ）は複線倍率を得る際の自重曲げ試験を説明するための図であり、図１１の（Ｂ）は束ねられた単線の本数と複線倍率との関係を示したグラフである。
【図１２】図１２は、単線及び複合線の断面二次モーメントを計算する際に参照される図である。
【図１３】図１３は、ニブラと呼ばれる解体重機によりワイヤーハーネスを車両から引き剥がす状態を示した図である。
【図１４】図１４は、ニブラによりワイヤーハーネスを車両から引き剥がす状態を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態に係る「解体作業中のワイヤーハーネスの引き剥がし時におけるワイヤーハーネス状態の予測方法（及び予測装置）」について、図面を参照しながら説明する。この予測方法において、ワイヤーハーネスの状態は有限要素法を用いて予測される。有限要素法においては分析対象物、即ち、ワイヤーハーネスを適切にモデル化することが重要である。本発明の実施形態における重要な点の一つは、この有限要素法を用いた予測に好適なワイヤーハーネスのモデル（ワイヤーハーネスモデル）を提供することにある。従って、先ず、ワイヤーハーネスについて、次にワイヤーハーネスモデルについて説明する。
【００１８】
＜ワイヤーハーネス＞
本実施形態において、ワイヤーハーネスが配索（固定）されている固定対象は、自動車のボディである。図１に示したように、ワイヤーハーネス１００は、単線（即ち、単数の素線又は複数の素線（電線）１０１が束ねられた素線束であって、樹脂１０２等により被覆されたワイヤー）１０３が、テープ１０４等によって複数本束ねられた部分を含む。束ねられている単線１０３の種類（直径）及び本数等は、ワイヤーハーネス１００の部分により相違する。ワイヤーハーネス１００は、単線が複数本束ねられた部分から分岐した単数の単線１０３も含む。
【００１９】
単線１０３は、素線の総断面積に相関を有する「呼び径」により種類分けされる。表１は、代表的な単線１０３の一覧表である。
【表１】
2014066662.tif 000003
【００２０】
ワイヤーハーネス１００は、図２に示したように、端部にコネクタ１０５を有する。コネクタ１０５はボディに固定された電気制御装置及びジャンクションボックス等の電気部品１０６に接続固定される。更に、ワイヤーハーネス１００は、グロメット及びクランプ等の取り付け部材１０７によってボディに固定される。
【００２１】
＜ワイヤーハーネスの二次元複雑性＞
前述したように、ワイヤーハーネス１００は、単線１０３のみにより構成されている部分と、同一種又は異種の複数の単線１０３が束ねられることによって構成されている部分と、を含む。ワイヤーハーネス１００は、多くの分岐箇所（換言すると、多くの集合箇所）を有する。ワイヤーハーネス１００は、図３に示したように、広範な領域（例えば、ボディのインストルメントパネル内全域及び／又はエンジンルーム内）に渡って配索される。更に、前述したように、ワイヤーハーネスは端部にコネクタを備える。本明細書において、ワイヤーハーネスが有するこのような特徴を「ワイヤーハーネスの二次元複雑性」とも表現する。
【００２２】
解体作業においては、極力短時間内により多くのワイヤーハーネスをボディから引き剥がすことが求められる。換言すると、できるだけ少ない引き剥がし動作により、より多くのワイヤーハーネスをボディから引き剥がすことが求められる。よって、ワイヤーハーネスの一部（限定された狭い範囲）のみをモデル化したとしても、この要求を満たすことが可能な予測をすることは困難である。即ち、ワイヤーハーネスのモデルは、上述した二次元複雑性を精度良く表していることが重要である。
【００２３】
例えば、一例として図４の（Ａ）に示した「配線表及び配線図」から、図４の（Ｂ）に示した「線構成表及び配線分解図」が得られる。この図４の（Ｂ）から、ワイヤーハーネスの分岐区間にどの種類の単線が何本あるかを知ることができる。この情報は後述するワイヤーハーネスモデルを構築する際に用いられる。なお、分岐区間は、分岐点とその分岐点に隣接する分岐点との間、又は、コネクタとそのコネクタに隣接する分岐点との間、を意味する。
【００２４】
＜ワイヤーハーネスの三次元断面複雑性＞
前述したように、ワイヤーハーネスは、「素線（電線）を樹脂等で被覆した単線」を複数本テープ等により束ねた電線束と、電線束から分岐した単線と、を含む。換言すると、ワイヤーハーネスは、単数の単線から構成される部分、同一種の単線（呼び径が同一の単線）を複数本束ねた部分、及び、異種の単線（呼び径が相違する単線）を複数本束ねた部分、を有する。従って、図１に示したように、ワイヤーハーネス１００は線束構造（重層構造）を有する。本明細書において、ワイヤーハーネスがその断面において線束構造を有していることを「ワイヤーハーネスは三次元断面複雑性を有する。」とも表現する。
【００２５】
一般に、引き剥がし作業におけるワイヤーハーネスの破断を予測する場合、そのワイヤーハーネスが単線（特に、呼び径が小さい単線）のみからなっているならば、単線の引張り特性以外の特性（曲げ特性、せん断特性及びねじり特性）はワイヤーハーネスの破断に大きな影響を及ぼさないので、単線の引張り特性を主として考慮すればよい。従って、ワイヤーハーネスモデルは、「引張り特性を精度良く表すことができるモデル」であればよく、他の特性である「曲げ特性、せん断特性及びねじり特性」を精度良く表すことができる必要性は小さい。しかしながら、多数の単線が束ねられた部分を有する実際のワイヤーハーネスについては、形状として「太さ」を有していることを無視することができず、上記他の特性（特に、曲げ特性）を考慮する必要が生じる。従って、ワイヤーハーネスモデルは、この三次元複雑性を精度良く表していることが重要である。
【００２６】
より具体的に述べると、ワイヤーハーネスモデルが、上述の三次元断面複雑性を極度に簡略化した又は無視したモデル（例えば、分岐区間毎のワイヤーハーネスの部分を一つのバー（梁）として扱い、そのバーを複数のバー要素（梁要素）で分割したモデル）である場合、ワイヤーハーネスの状態を予測する際の精度に悪影響を及ぼす以下の問題を有する。以下において、三次元断面複雑性を極度に簡略化したモデルを「簡略化モデル」と称呼する。
【００２７】
（課題１）簡略化モデルは、ワイヤーハーネスの引き剥がしを行う上で最も重要な「ワイヤーハーネスの引張り及びそれに伴う破断（非線形）挙動」を正確且つ安定的に表すことが難しい。
【００２８】
より具体的に述べると、簡略化モデルが、分岐区間毎のワイヤーハーネスの部分を「一つのバー（梁）として扱い、各バーを構成する複数のバー要素により構築されたモデル」であるとする。このモデルは、図５の（Ａ）に概念的に示されていて、「単一梁モデル」とも称呼される。この単一梁モデルには、マクロ断面特性（引張り特性、曲げ特性、せん断特性及びねじり特性）が付与される。
【００２９】
従って、単一梁モデルを用いる場合、分岐区間毎のワイヤーハーネスの部分の引張り特性を試験により得なければならない。しかしながら、ワイヤーハーネスの部分の種類（即ち、ワイヤーハーネスの各部分に含まれる単線の種類（呼び径）とその本数とにより決まる種類）は極めて多数であるので、その種類毎に引張り試験を精度良く行うことは現実的に困難である。更に、多数の単線が束ねられたワイヤーハーネスは、その直径が大きくなり、引張り試験を行った場合に単線同士が内部で相対移動する場合が生じ、その意味においても引張り特性を試験により精度良く得ることは困難である。以上から、上記課題１が生じる。
【００３０】
（課題２）簡素化モデルは、ワイヤーハーネスの破断に大きな影響を与える「引張り以外の曲げ等」の剛性に起因する、ワイヤーハーネスの引っ掛かり挙動を正確に表すことが難しい。
【００３１】
引っ掛かり挙動とは、図６に示したように、ボディに設けられている穴（例えば、エンジンルームと車室内とを仕切るダッシュパネルＤＰに設けられたダッシュホール）ＤＨをワイヤーハーネス１００の一部が通過する場合に、そのホールＤＨの端部にワイヤーハーネス１００が引っ掛かることに伴うワイヤーハーネス１００の挙動である。
【００３２】
より具体的に述べると、簡略化モデルが、上述の単一梁モデルあるとすると、それぞれの分岐区間毎のワイヤーハーネスの部分の曲げ特性を試験により得なければならない。しかしながら、上述したように、ワイヤーハーネスの部分の種類は極めて多数であるので、その種類毎に曲げ試験を精度良く行うことは現実的に困難である。以上から、上記課題２が生じる。
【００３３】
（課題３）簡素化モデルは、太さを持つワイヤーハーネスの外周面が他の部材と接触して摩擦力を受ける場合の挙動を精度良く表すことが難しい。
【００３４】
より具体的に述べると、図７に示したように、実際のワイヤーハーネスは太さを有する（管形状）であるので、他の部材に対して面接触しながら摩擦を伴って移動する。即ち、実際のワイヤーハーネスは、摩擦力を面で受ける。これに対し、簡略化モデルが上述の単一梁モデルあるとすると、そのモデルは他の部材に対して線（エッヂ）で接触する。この場合、バー要素が他の部材に所定距離以内にまで接近したときに摩擦力を受けるように表すことは可能ではあるが、バー要素が他の部材に線接触していることに起因して摩擦力の計算が非常に不安定となる。以上から、上記課題３が生じる。
【００３５】
（課題４）簡素化モデルは、ワイヤーハーネスの任意の位置をニブラ等により把持（挟持）した場合の挙動を表すことができない。
【００３６】
より具体的に述べると、図８に示したように、実際のワイヤーハーネスは太さを有するので、ニブラ等により任意の位置を把持（挟持）することができる。これに対し、簡略化モデルが上述の単一梁モデルあるとすると、ニブラ等により把持（挟持）することができず、例えば、把持の深さ（ワイヤーハーネスの断面のどの位置を把持したのか）を表すことができない。以上から、上記課題４が生じる。
【００３７】
（課題５）簡素化モデルは、ニブラ等によりワイヤーハーネスを把持し、異なる場所を再度把持するためにワイヤーハーネスを一旦放し（把持を解除し）、その後、その異なる場所にてワイヤーハーネスを把持する場合において、ワイヤーハーネスを放した際のワイヤーハーネスの落下挙動を正確に表すことが難しい。
【００３８】
より具体的に述べると、図９に示したように、実際のワイヤーハーネスは太さを有していて曲げ剛性を有するので、ワイヤーハーネスがニブラから放されたとき、落下直前の形状を維持しながら落下する。これに対し、簡略化モデルが単一梁モデルある場合、上述したように分岐区間毎に異なる多数の種類のワイヤーハーネスの部分の曲げ特性を試験により得ることは現実的ではない。以上から、上記課題５が生じる。
【００３９】
＜各種ワイヤーハーネスモデルの検討＞
発明者は、種々のワイヤーハーネスモデルが、上述した「二次元複雑性及び三次元断面複雑性」を適切に表すことができるかについて検討した。この検討結果は、後述する「本実施形態のワイヤーハーネスモデル」についての理解を容易にするので、ここで簡単に説明する。
【００４０】
（Ａ）単一梁モデル
前述したように、単一梁モデルは、分岐区間毎にワイヤーハーネスを一つの梁（バー）として捉え、その梁を結合した一つの梁からなるモデルである（図５の（Ａ）を参照。）。各梁は複数のバー要素（梁要素）により分割されている。上述したように、単一梁モデルには、マクロ断面特性（引張り特性、曲げ特性、せん断特性及びねじり特性）が付与されるが、多くの種類の梁のそれぞれについて断面特性を精度良く試験により得ることは事実上不可能である。更に、単一梁モデルは太さを有さないので、摩擦力についての計算が不安定となる。よって、単一梁モデルは、引き剥がし時のワイヤーハーネス状態を予測するモデルとして十分であるとはいえない。
【００４１】
（Ｂ）ソリッド・梁モデル
ソリッド・梁モデルは、ワイヤーハーネスの中心線を通る梁と、ソリッド要素と、の組み合わせから構成されるモデルである（図５の（Ｂ）を参照。）。このモデルにおいては、引き剥がし時のワイヤーハーネス状態を予測する上で最も重要である「引張り特性（引張り破断特性）」を、梁とソリッドとの間でどのように分担するか不明であり、その設定が難しい。更に、ボディの広範囲に及んで存在するワイヤーハーネスに対して詳細なソリッドモデルを作成すること（即ち、小さなソリッド要素を用いて適切なモデルを作成すること）は、多大な工数及び労力を要するので非現実的である。よって、ソリッド・梁モデルは、引き剥がし時のワイヤーハーネス状態を予測するモデルとして十分であるとはいえない。
【００４２】
（Ｃ）複合断面配置梁モデル
複合断面配置梁モデルは、ワイヤーハーネスを構成する多数の単線のそれぞれを梁により表し、その複数の梁を断面配置（中心線上に総てが重複して存在するのではなく、ワイヤーハーネスの断面において分布しているように配置）したモデルである（図５の（Ｃ）を参照。）。単線の種類は比較的少ないことから、各単線のマクロ断面特性（引張り特性、曲げ特性、せん断特性及びねじり特性）を精度良く試験することは可能である。しかしながら、引張り特性は断面配置に依存して変化するので、多数の単線を、それらの単線の束の引張り特性が実際のワイヤーハーネスの引張り特性となるように、適切に断面配置することは膨大な工数を必要とし、事実上困難である。更に、単線同士が束ねられることによって生じる結合特性値（例えば、曲げ剛性）を各単線に適切に設定することは非常に難しい。よって、複合断面配置梁モデルは、引き剥がし時のワイヤーハーネス状態を予測するモデルとして十分であるとはいえない。
【００４３】
（Ｄ）複合重複梁モデル
複合重複梁モデルは、ワイヤーハーネスを構成する多数の単線のそれぞれを梁により表し、その複数の梁が総てワイヤーハーネスの中心線上を通るものとして構成されるモデルである（図５の（Ｄ）を参照。）。この場合においても、前述したように、単線の種類は比較的少ないことから、各単線のマクロ断面特性（引張り特性、曲げ特性、せん断特性及びねじり特性）を精度良く試験することは可能である。しかしながら、実際のワイヤーハーネスは、複数の単線が束ねられることにより曲げ剛性等の横剛性が大きく変化するが、その横剛性についてモデルに反映することができない。即ち、ワイヤーハーネスの引っ掛かり現象及び落下挙動等を精度良く予測できない。更に、ワイヤーハーネスの太さ（管形状）がモデルに反映されていないので、上述したように、摩擦力を線接触にて計算しなくてはならず計算不安定となり、加えて、ニブラによる把持位置等の影響を予測に反映させることが難しい。よって、複合重複梁モデルは、引き剥がし時のワイヤーハーネス状態を予測するモデルとして十分であるとはいえない。
【００４４】
（Ｅ）単一梁・材料特性加算モデル
このモデルは、図５の（Ｅ）と（Ａ）との比較から理解されるように、単一梁モデル（Ａ）と同様な形状を有するモデルである。但し、単線の種類（呼び径）単位での特性試験を行い、その結果として得られた各単線の特性を、ワイヤーハーネスの各部において束ねられている単線の種類及び本数に応じて単に加算し、その加算値を各部のマクロ断面特性（引張り特性、曲げ特性、せん断特性及びねじり特性）として付与する。しかしながら、例えば、引張り特性（特に、非線形である引張り破断特性）を単純に加算してよいとする根拠が曖昧であり、また、その加算値は実際値とも相違する。更に、ワイヤーハーネスの太さ（管形状）がモデルに反映されていないので、上述したように、摩擦力を線接触にて計算しなくてはならず計算不安定となり、加えて、ニブラによる把持位置等の影響を予測に反映させることが難しい。よって、単一梁・材料特性加算モデルは、引き剥がし時のワイヤーハーネス状態を予測するモデルとして十分であるとはいえない。
【００４５】
＜本実施形態におけるワイヤーハーネスモデル＞
次に、本実施形態におけるワイヤーハーネスモデル（以下、「本モデル」と称呼する。）について説明する。本モデルは、上述した「複合断面配置梁モデル（Ｃ）及び複合重複梁モデル（Ｄ）」の双方の長所を生かしながら組み合わせるとともに、種々の改良を加えることにより、二次元複雑性及び三次元断面複雑性を適切に表すように構築されたモデルである。なお、本モデルは、ワイヤーハーネスの中核部品である「単線、単線を束ねるテープ及びコネクタ」からなるアッセンブリをモデル化したものである。上記以外のワイヤーハーネス関連部品（ジャンクションボックス等の電気的装置）、電線を束ね且つ成形・保護するための部品（コルゲートチューブ、プロテクタ及びグロメット等）、ボディに固定するための部品（クランプ等）、ボディ及びユニット部品等は、ＣＡＥモデル上において別途存在しているので、これらはワイヤーハーネスの引き剥がし時における挙動を予測する際に上記ワイヤーハーネスモデルと組み合わせて使用される。
【００４６】
図１０の（Ａ）に示したように、本モデル１０は、有限要素モデルであり、ビーム（梁、中心ビーム）２０と、断面シェル３０と、管シェル４０と、テープシェル５０と、コネクタ６０と、を備える。
【００４７】
＜＜ビーム＞＞
ビーム２０は、モデル化する対象であるワイヤーハーネスを構成している総ての単線のそれぞれに応じて設定される。図４に示した例においては、呼び径０．３５の単線に対するビーム２０と、呼び径１．２５の単線に対するビーム２０と、呼び径２の単線に対するビーム２０と、が用いられる。これらのビーム２０は、図５の（Ｄ）に示した複合重複梁モデルと同様、その総てがワイヤーハーネスの中心線（断面中心線）上を通過するように配置される。
【００４８】
ビーム２０のそれぞれには、対応する単線の引張り特性（破断を含む引張り特性、即ち、引張り破断剛性）が与えられる。この引張り特性は、単線の単体試験により得られた「荷重−変位カーブ」に基づいて設定される。
【００４９】
更に、ビーム２０のそれぞれには、対応する単線の「曲げ、せん断及びねじりの各特性（即ち、引張り剛性以外の剛性）」に基づく特性が与えられる。
【００５０】
より具体的に述べると、各単線の「引張り剛性以外の剛性」を、各単線の単体試験結果に基づき求める。更に、複数本の単線が束ねられていることが「引張り剛性以外の剛性」に及ぼす影響を補正するための補正値（単線の剛性に対するその単線が束ねられた場合のその単線の剛性の比、即ち、剛性比を表す補正係数β）を単線束試験により求める。この補正係数βは「複線倍率β」とも称呼される。
【００５１】
この単線束試験は、複合線静的曲げ試験とも称呼され、本例においては、後に詳述する自重曲げ試験である。複合線静的曲げ試験においては、呼び径が互いに相違する複数種類（例えば、４種類）の単線を様々に組み合わせて合計Ｎ本の単線からなる単線束を作製し、その単線束について曲げ試験が行われる。この単線束試験にり得られた複線倍率βは図１１の（Ｂ）に示されている。そして、ビーム２０のそれぞれには、対応する単線についてその単線の単体試験により得られた「引張り剛性以外の剛性」を、複線倍率β（その単線の所定部位が束ねられている単線の本数に応じて決定される複線倍率β）倍した値（特性）が、その単線の（所定部位の）「引張り剛性以外の剛性」として与えられる。
【００５２】
ビーム２０のそれぞれは、一定のメッシュ長（要素長）を有する複数のバー要素により分割される。このメッシュ長は、１ルート分のワイヤーハーネスの全長（例えば、数メートル）に比較して十分に短い長さであり、例えば、２〜５ｍｍである。本例において、メッシュ長は５ｍｍに設定されている。一のビーム２０を構成するバー要素の節点は、他のビーム２０を構成するバー要素の節点と同じ位置に存在するように設定される。即ち、ビーム要素は、複数のビーム２０間において重複座標値を有する。
【００５３】
＜＜断面シェル＞＞
断面シェル３０は、ワイヤーハーネスの各部（着目している位置、所定部位）の直径Ｄ１と同じ直径を有する円板（円盤）状シェルである。図４に示した例においては、区間Ｌ１における断面シェルの直径、区間Ｌ２における断面シェルの直径及び区間Ｌ３における断面シェルの直径は、互いに相違する。断面シェル３０は、３つのバー要素毎に設置される。即ち、ビーム２０を構成しているバー要素のメッシュ長をＬとすると、断面シェル３０は距離３Ｌ毎に（所定の距離３Ｌ間隔を有するように）配置される。断面シェル３０の中心３１が、ビーム２０を構成しているバー要素の節点（重複座標節点）と剛体結合される。より具体的には、断面シェル３０は複数のシェル要素により分割・構成されるとともに、それら複数のシェル要素の幾つかの節点がビーム２０を構成しているバー要素の重複座標節点を通るように構成される。そして、その重複座標節点を通るシェル要素は、その重複座標節点にてバー要素と剛体結合される。
【００５４】
断面シェル３０のそれぞれには、それが配置される部位のワイヤーハーネスの圧縮剛性（圧縮特性）が与えられる。この圧縮剛性はワイヤーハーネスを径方向に圧縮したときの破断に至る前の特性（側面圧縮剛性）であり、圧縮力（ワイヤーハーネスの径方向に加えられる荷重）とたわみ量（変形量）との関係を示す。この圧縮剛性は、単線束試験であって、複合線側面静的圧縮試験とも称呼される試験により得られる。この単線束試験においても、呼び径が互いに相違する複数種類（例えば、４種類）の単線を様々に組み合わせて合計Ｎ本の単線からなる単線束を作製し、その単線束について側面静的圧縮試験が行われる。これにより、Ｎ本の単線束の圧縮剛性が得られる。そして、断面シェル３０が配置されている部位において束ねられている単線の数に応じた圧縮剛性が、その断面シェル３０に付与される。更に、断面シェル３０は距離３Ｌ毎に配置されるので、一つの断面シェル３０が距離３Ｌ（バー要素のメッシュ長の３倍分）のワイヤーハーネスの部分の圧縮剛性を表すように、断面シェル３０の板厚及び特性（材料特性）が設定される。
【００５５】
＜＜管シェル＞＞
管シェル４０は、断面シェル３０の外周を取り囲む管状のシェルである。管シェル４０は、複数のシェル要素により分割されている。そのシェル要素は長方形であり、少なくとも一対の対向する辺の長さが「ビーム２０を構成しているバー要素のメッシュ長Ｌ」と等しい。管シェル４０を構成するシェル要素は、メッシュ長Ｌを有する辺がワイヤーハーネスの断面中心線に沿うように、且つ、ワイヤーハーネスの断面中心線に沿って２つ並べられる。その２つのシェル要素は、断面シェル３０に対して同一位置（即ち、管シェル４０を構成するシェル要素と断面シェル３０の外周を構成するシェル要素との共有節点）にて互いに結合され、且つ、断面シェル３０を構成しているシェル要素とその共有節点にて結合される。
【００５６】
管シェル４０のそれぞれには、それが配置される部位のワイヤーハーネスの外面の摩擦特性が与えられる。実際には、管シェル４０を構成するシェル要素にワイヤーハーネスの外面の摩擦係数が与えられる。管シェル４０を構成するシェル要素の材料特性は断面シェルを構成するシェル要素と同一である。管シェル４０の板厚は、ニブラでワイヤーハーネスを把持した際に完全に潰れることのない（挟持することが可能な）厚さに設定される。
【００５７】
＜＜テープシェル＞＞
テープシェル５０は、ワイヤーハーネスの断面中心線に沿う方向において互いに隣接する一対の管シェル４０，４０の間に配置され、それらの管シェル４０，４０の双方に共有節点にて結合される。テープシェル５０は、管シェル４０と同じ径Ｄ１を有するように、ワイヤーハーネスの外径上に設定される。テープシェル５０は、複数のシェル要素により構成される。そのテープシェル５０を構成するシェル要素は長方形であり、少なくとも一対の対向する辺の長さが「ビーム２０を構成しているバー要素のメッシュ長Ｌ」と等しい。テープシェル５０を構成するシェル要素は、メッシュ長Ｌを有する辺がワイヤーハーネスの断面中心線に沿うように配置される。
【００５８】
テープシェル５０には、引張り特性（破断を含む引張り特性、引張り破断剛性）が与えられる。テープシェルの引張り特性は、テープ単体の試験により得られる「荷重−変位カーブ」に基づいて与えられる。この引張り特性は、ビーム２０に付与される引張り特性に比べ、十分に小さい。換言すると、テープシェル５０はビーム２０に比べ十分に小さい引張り力によりビーム２０よりも先に破断する。テープシェル５０は３メッシュ長（３Ｌ）毎に配置されるので、テープシェル５０の破断は３メッシュ長毎に発生することができる。更に、テープシェル５０には、試験により求められているワイヤーハーネスの摩擦係数が接触係数として与えられる。なお、実際のワイヤーハーネスにおいては、各部においてテープの巻き方に粗密がある。よって、その粗密をテープシェル５０の厚みにより表す。但し、ワイヤーハーネスの直径Ｄ１に比べてテープシェル５０の厚みは非常に小さいので、ワイヤーハーネスモデルの各剛性特性に影響を与えることはない。
【００５９】
＜＜コネクタ＞＞
コネクタ（コネクタ用ビーム）６０は、ワイヤーハーネスに設けられている実際のコネクタの総てを破断可能なバー要素（ビーム）で表したものである。このコネクタ６０を表すバー要素のメッシュ長は実際のコネクタの長さに応じて決定される。コネクタ６０は、ビーム２０の端部に設けられ、その節点がビーム２０の端部にあるバー要素の節点と共有節点にて結合される。
【００６０】
コネクタ６０には、対応する実際のコネクタの破断荷重値（引張り破断荷重値及びせん断破断荷重値）が設定される。この破断荷重値は、コネクタをコネクタ形状等によって分類し、各種類のコネクタについて並進３成分の破断荷重試験を行うことにより求められる。
【００６１】
＜引張り剛性以外の剛性を得るための試験と複線倍率β＞
上述したように、複数の単線が束ねられることによる単線それぞれの引張り剛性以外の剛性（以下、「曲げ剛性等」と言う。）の変化は、単線の曲げ剛性等と、単線束とすることによって変化した単線の曲げ剛性と、の比（剛性比）βを用いることで表すことができる。この剛性比βは、前述した複線倍率βであり、例えば、曲げ試験の一つである自重曲げ試験により得ることができる。
【００６２】
図１１の（Ａ）は、自重曲げ試験の例を説明するための図である。この自重曲げ試験においては、被測定物の自重による最大たわみｄmaxが所定の微小な値となるまで、拘束位置を動かし、線長さｌを小さくする。
【００６３】
実際には、呼び径が互いに相違する複数種類（例えば、４種類）の単線を様々に組み合わせて合計ｎ本の単線からなる単線束を作製し、その単線束について自重曲げ試験を行った。また、様々な呼び径の単線についても、単線単体にて自重曲げ試験を行なった。
【００６４】
ところで、理論的には、最大たわみｄmaxは下記の（１）式により求められる。
ｄmax＝（ｗ・ｌ４）／（８・Ｅ・Ｉ）    …（１）
ここで、
ｗ：単線の単位長さあたりの質量
Ｅ：引張り試験により得られた単線のヤング率
Ｉ：単線の断面二次モーメント
である。
【００６５】
従って、単線の曲げ剛性Ｘは、単線単体での自重曲げ試験により得られた最大たわみｄmaxを用いて、下記（２）式から得ることができる。
Ｘ＝Ｅ・Ｉ＝（ｗ・ｌ４）／（８・ｄmax）    …（２）
【００６６】
ところで、単線の断面二次モーメントＩ１は、図１２の（Ａ）に示したように、単線の外径をＤとすると、下記の（３）式により求められる。
【数１】
2014066662.tif 000004
【００６７】
次に、複合線（複数の単線が束ねられた線であって単線同士が剛体結合されている線）の断面二次モーメントについて計算する。
例えば、３本の単線が束ねられている場合の複合線の断面二次モーメントＩ３は、図１２の（Ｂ）に示した座標を参照すると、下記の（４）式のとおりとなる。
【数２】
2014066662.tif 000005
【００６８】
１９本の単線が束ねられている場合の複合線の断面二次モーメントＩ19は、図１２の（Ｃ）に示した座標を参照すると、下記の（５）式のとおりとなる。
【数３】
2014066662.tif 000006
【００６９】
上記（３）乃至（５）式から、ｎ本の単線の間が剛体結合である複合線の断面二次モーメントＩnzは、下記（６）式により与えられる。
【数４】
2014066662.tif 000007
【００７０】
即ち、１００本の単線束（複合線）は、その単線間が剛体結合していると、１００本の曲げ剛性の更に１００倍の曲げ剛性を有する。１０本の単線束（複合線）は、その単線間が剛体結合していると、１０本の曲げ剛性の更に１０倍の曲げ剛性を有する。
【００７１】
しかしながら、実際のワイヤーハーネスの単線間は剛体結合していないので、実際の曲げ剛性は下記の（７）式のように表すことができる。ここで、βは前述した複線倍率（剛性比）である。
【数５】
2014066662.tif 000008
【００７２】
分析対象としているワイヤーハーネスにおいて、束ねられる単線の数の最大値を１００程度とすると、複線倍率βは下記の（８）式のようになる。そして、この複線倍率βは、図１１の（Ｂ）に示したように、本数ｎについて単純増加関数であることが判明した。
【数６】
2014066662.tif 000009
【００７３】
＜計算手段＞
上述のように構成されるワイヤーハーネスモデルを、市販の有限要素法ソルバに実装し、ワイヤーハーネス引き剥がし時のワイヤーハーネスの状態を予測するシミュレーションを行なった。これによれば、シミュレーション結果は実際の試験結果とよく整合していた。
【００７４】
一般に、このような有限要素法ソルバを用いたシミュレーションは、入力部、記憶部、演算部及び出力部をハードウェアとして有する汎用又は専用コンピュータにより実施することができる。即ち、入力部を用いて前述したワイヤーハーネスモデルが構築されるとともに、そのワイヤーハーネスモデルが記憶部に記憶され、演算部がそのワイヤーハーネスモデルを用いてワイヤーハーネス引き剥がし時のワイヤーハーネスの状態を予測するシミュレーションを実施する。出力部はそのシミュレーション結果を出力する。なお、有限要素法ソルバの前段の処理としてプリプロセッサを用いてもよく、有限要素法ソルバの後段の処理としてポストプロセッサを用いてもよい。
【００７５】
以上、説明したように、本発明の実施形態の予測方法において使用されるワイヤーハーネスモデルは、ワイヤーハーネスの二次元複雑性及び三次元断面複雑性を適切に表すことができる。更に、上記ワイヤーハーネスモデルは、断面シェル及び管シェル等によって「太さ」を有しているから、ニブラによりワイヤーハーネスを把持すること、ワイヤーハーネスが他の部材から受ける摩擦力の影響、及び、ワイヤーハーネスの落下時の挙動を精度良く表すことができる。加えて、上記ワイヤーハーネスモデルはコネクタに対応するビームを有しているから、コネクタの破断特性等を精度良く表すことができる。即ち、上記ワイヤーハーネスモデルは、上述した課題１乃至課題５を解決することができ、且つ、構築することが比較的容易な実用性の高いモデルである。従って、上記ワイヤーハーネスモデルを用いた有限要素法によるシミュレーションによって、固定対象からワイヤーハーネスを引き剥がす際のワイヤーハーネスの状態を精度良く予測することができる。
【００７６】
この実施形態に係るワイヤーハーネスの有限要素モデルは、
それぞれが前記複数本の単線のそれぞれに対応する複数のビームであって、前記複数のビームのそれぞれが一定のメッシュ長を有する複数のバー要素により構成され、前記複数のビームのそれぞれには前記対応する単線の引張り特性が与えられるとともに同単線の曲げ、せん断及びねじりの各特性に基づく特性が与えられ、且つ、前記複数のバー要素の節点の位置が前記複数のビーム間において重複する位置となるように前記複数のビームのそれぞれが前記ワイヤーハーネスの断面中心線上に重複して配置される、複数のビームと、
前記ワイヤーハーネスの所定部位の直径に対応する直径を有するとともに前記ワイヤーハーネスの前記所定部位の圧縮剛性が与えられるように複数のシェル要素により構成される円板状の断面シェルであって、前記ワイヤーハーネスの断面中心線に沿って前記バー要素のメッシュ長の３倍の距離毎に同断面中心線に直交するように配置され且つ同断面中心線上において前記バー要素と剛体結合される、断面シェルと、
前記断面シェルの外周を取り囲む管シェルであって、前記管シェルが配置される位置における前記ワイヤーハーネスの外面の摩擦特性が与えられ、複数のシェル要素が前記ワイヤーハーネスの断面中心線に沿う方向に２つ並べられるように配置され、その２つのシェル要素が前記断面シェルに対して同一位置にて結合され、且つ、前記管シェルを構成する前記複数のシェル要素が前記ワイヤーハーネスの断面中心線に沿う方向において前記バー要素のメッシュ長と同じメッシュ長を有している、管シェルと、
前記ワイヤーハーネスの断面中心線に沿う方向において互いに隣接する一対の前記管シェルの双方に結合されるテープシェルであって、それぞれが前記ワイヤーハーネスの断面中心線に沿う方向において前記バー要素のメッシュ長と同じメッシュ長を有し、前記テープシェルが配置される位置における前記ワイヤーハーネスの外面の摩擦特性が与えられ且つ前記断面シェルのバー要素よりも小さい破断特性が与えられる複数のシェル要素、により構成される、テープシェルと、
前記単線の端部に接続されるコネクタに対応したコネクタ用ビームであって同コネクタの破断荷重値が特性値として与えられるコネクタ用ビームと、
を備えるモデルであると表現することができる。
【００７７】
更に、前記複数のビームのそれぞれに与えられる前記単線の曲げ、せん断及びねじりの各特性に基づく特性は、前記単線の単体試験結果に基づき求められた前記各特性に、前記単線の各特性に対する同単線が複数本束ねられた場合の同単線の特性の比βであって同単線が複数本束ねられた単線束に対する試験結果に基づき求められた比βである複線倍率β、を乗じることにより得られる特性であると言うことができる。
【００７８】
本発明は上記実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。例えば、ビーム２０に与えられる「引張り特性以外の特性」は、ワイヤーハーネスの各部に応じた「引張り特性以外の特性」を、その各部の単線束についての実験により求めても良い。また、断面シェル３０は距離３Ｌ毎でなく、他の距離（距離Ｌの奇数倍の距離が好ましい）毎に配置されてもよい。その場合、管シェル４０はワイヤーハーネスの断面中心線に沿って適当数並べられることができる。
【符号の説明】
【００７９】
１０…有限要素モデル（ワイヤーハーネスモデル）、２０…ビーム（中心ビーム）、３０…断面シェル、４０…管シェル、５０…テープシェル、６０…コネクタ、１００…ワイヤーハーネス、１０１…電線、１０２…樹脂、１０３…単線、１０４…テープ、１０５…コネクタ、１０６…電気部品、１０７…取り付け部材、１１０…解体重機（ニブラ）、１２０…固定対象。
【図１】
2014066662.tif 000010
【図２】
2014066662.tif 000011
【図３】
2014066662.tif 000012
【図４】
2014066662.tif 000013
【図５】
2014066662.tif 000014
【図６】
2014066662.tif 000015
【図７】
2014066662.tif 000016
【図８】
2014066662.tif 000017
【図９】
2014066662.tif 000018
【図１０】
2014066662.tif 000019
【図１１】
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【図１２】
2014066662.tif 000021
【図１３】
2014066662.tif 000022
【図１４】
2014066662.tif 000023