(57)【要約】  【課題】  被測定物に加わる荷重を考慮した適切な挙動シミュレーションモデルの創生を可能とした技術を提供する。  【解決手段】  挙動シミュレーションモデル創生システム１００は、分力測定装置１１０が被測定物に対して所定の入力波で加振し、その加振状態で被測定物の荷重及び変位を検出する。そして、演算部１３０がこれら被測定物の荷重及び変位に基づいて、最小二乗法、ニューラルネットワーク等を用いて、挙動シミュレーションモデルとしての荷重及び変位の関係についての６軸の行列演算式を求める。【選択図】  図１３
2006201089.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定物に対し、所定の入力波で加振する加振ステップと、
前記被測定物の荷重及び変位を測定する測定ステップと、
前記荷重及び変位の関係についてＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸によって定義される３次元空間の前記各軸に平行な方向と前記各軸の回りの回転方向からなる６軸の行列演算式を求める解析ステップとを備えることを特徴とするモデル特性生成方法。
【請求項２】
Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸によって定義される３次元空間の前記各軸に平行な方向と前記各軸の回りの回転方向からなる６軸に対する被測定物の外力に対する力学的特性を示す係数行列を求めるモデル特性生成方法であり、
前記６軸のうち、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸に平行な３軸を含むいずれか４軸を所定の入力波で加振する加振ステップと、
前記加振時に前記６軸方向の荷重と前記４軸方向の変位とを測定する測定ステップと、
前記６軸方向の荷重と前記４軸方向の変位との関係を示す係数行列を求める解析ステップとを有することを特徴とするモデル特性生成方法。
【請求項３】
請求項２に記載のモデル特性生成方法において、
前記６軸のうち、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸に平行な３軸を含むいずれか４軸を組み合わせてなる３個の組み合わせの各々において得られる係数行列を組み合わせて前記６軸方向の荷重と６軸方向の変位との関係を示す係数行列を求める合成ステップをさらに有することを特徴とするモデル特性生成方法。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載のモデル特性生成方法において、
前記設計対象物がコンピュータ上の形状モデルで構成され、前記形状モデルが有限要素に分割され、前記加振ステップおよび測定ステップが、前記被測定物の物性情報に基づいて前記有限要素間の力学的関係が定義された、前記形状モデルに対して実行されることを特徴とするモデル特性生成方法。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載のモデル特性生成方法において、
前記被測定物は弾性部材であることを特徴とするモデル特性生成方法。
【請求項６】
請求項５に記載のモデル特性生成方法において、
前記弾性部材はブッシュであることを特徴とするモデル特性生成方法。
【請求項７】
被測定物に対し、所定の入力波で加振する加振手段と、
前記被測定物の荷重及び変位を測定する測定手段と、
前記荷重及び変位の関係について、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸によって定義される３次元空間の前記各軸に平行な方向と前記各軸の回りの回転方向からなる６軸の行列演算式を求める解析手段とを備えることを特徴とするモデル特性生成装置。
【請求項８】
Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸によって定義される３次元空間の前記各軸に平行な方向と前記各軸の回りの回転方向からなる６軸に対する被測定物の外力に対する力学的特性を示す係数行列を求めるモデル特性生成装置であり、
前記６軸のうち、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸に平行な３軸を含むいずれか４軸を所定の入力波で加振する加振手段と、
前記加振時に前記６軸方向の荷重を測定する測定手段と、
前記加振時に前記４軸方向の変位を測定する測定手段と、
前記６軸方向の荷重と前記４軸方向の変位との関係を示す係数行列を求める解析手段とを有することを特徴とするモデル特性生成装置。
【請求項９】
請求項８に記載のモデル特性生成装置において、
前記６軸のうち、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸に平行な３軸を含むいずれか４軸を組み合わせてなる３個の組み合わせの各々において得られる係数行列を組み合わせて前記６軸方向の荷重と６軸方向の変位との関係を示す係数行列を求める合成手段をさらに有することを特徴とするモデル特性生成装置。
【請求項１０】
請求項７から９のいずれかに記載のモデル特性生成装置において、
前記設計対象物がコンピュータ上の形状モデルで構成され、前記形状モデルが有限要素に分割され、前記加振手段および測定手段が、前記被測定物の物性情報に基づいて前記有限要素間の力学的関係が定義された、前記形状モデルから前記荷重および変位を測定することを特徴とするモデル特性生成装置。
【請求項１１】
コンピュータに、被測定物に対し、所定の入力波で加振する加振ステップと、
前記被測定物の荷重及び変位を測定する測定ステップと、
前記荷重及び変位の関係についてＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸によって定義される３次元空間の前記各軸に平行な方向と前記各軸の回りの回転方向からなる６軸の行列演算式を求める解析ステップとを実行させることを特徴とするモデル特性生成プログラム。
【請求項１２】
コンピュータに、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸によって定義される３次元空間の前記各軸に平行な方向と前記各軸の回りの回転方向からなる６軸に対する被測定物の外力に対する力学的特性を示す係数行列を求めさせるモデル特性生成プログラムであり、
前記６軸のうち、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸に平行な３軸を含むいずれか４軸を所定の入力波で加振する加振ステップと、
前記加振時に前記６軸方向の荷重と前記４軸方向の変位とを測定する測定ステップと、
前記６軸方向の荷重と前記４軸方向の変位との関係を示す係数行列を求める解析ステップとを有することを特徴とするモデル特性生成プログラム。
【請求項１３】
請求項１２に記載のモデル特性生成プログラムにおいて、
前記６軸のうち、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸に平行な３軸を含むいずれか４軸を組み合わせてなる３個の組み合わせの各々において得られる係数行列を組み合わせて前記６軸方向の荷重と６軸方向の変位との関係を示す係数行列を求める合成ステップをさらに有することを特徴とするモデル特性生成プログラム。
【請求項１４】
請求項１１から１３のいずれかに記載のモデル特性生成プログラムにおいて、
前記設計対象物がコンピュータ上の形状モデルで構成され、前記形状モデルが有限要素に分割され、前記加振ステップおよび測定ステップが、前記被測定物の物性情報に基づいて前記有限要素間の力学的関係が定義された、前記形状モデルに対して実行されることを特徴とするモデル特性生成プログラム。
【請求項１５】
被測定物に対して、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸によって定義される３次元空間の前記各軸に平行な方向と前記各軸の回りの回転方向からなる６軸を加振するステップと、
前記加振時に前記６軸方向の荷重と前記６軸方向の変位とを測定する測定ステップと、
前記加振時に前記６軸方向の荷重と前記６軸方向の変位との関係を示す係数行列を求める解析ステップとを有することを特徴とする被測定物の外力に対する力学的特性を示す係数行列を求める、モデル特性生成方法。
【請求項１６】
被測定物に対して、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸によって定義される３次元空間の前記各軸に平行な方向と前記各軸の回りの回転方向からなる６軸を加振する手段と、
前記加振時に前記６軸方向の荷重を測定する手段と、
前記加振時に前記６軸方向の変位を測定する測定手段と、
前記６軸方向の荷重と前記６軸方向の変位との関係を示す係数行列を求める解析手段とを有することを特徴とする被測定物の外力に対する力学的特性を示す係数行列を求める、モデル特性生成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被測定物の挙動シミュレーションモデルを創生する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両開発等において、部品を被測定物として挙動のシミュレーションを行う数々の技術が提案されている。例えば、特許文献１では、任意の周波数特性を持つばね・減衰要素と、任意の非線形性を持つばね・減衰要素が共存するシステムより得られたばね定数を基にシステムの挙動を解析する技術が開示されている。
【特許文献１】特開２００４−１０１３０４号公報
【特許文献２】特開２００３−２８７４６１号公報
【特許文献３】特開２００４−１３２９０１号公報
【特許文献４】特開２００３−１３９６６９号公報
【特許文献５】特開平１０−２６０９９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上述した技術において採用される、ばね・減衰モデルでは、被測定物の形状や被測定物に用いられるゴム等の部材の特性を適切にモデル化することができず、正確なシミュレーションが妨げられるという問題があった。
【０００４】
例えば、車両に用いられるゴム部品であるサスペンションブッシュ（以下、「ブッシュ」と称する）の挙動のシミュレーションを行う場合を考える。図１に、ブッシュを軸方向に横断したときの断面図を示す。同図に示すブッシュ５００は、中心に軸穴５０２が形成されるとともに、当該軸穴５０２の外側にＸ軸を挟んで対向する２つの空洞であるすぐり５０４が形成される。ここで、Ｘ軸は、図１の右方向に定義される。
【０００５】
このようなブッシュ５００の挙動のシミュレーションを行う場合、非線形領域では、実際の特性が正確に表現されない場合がある。図２に、図１のブッシュ５００のＸ方向（中実方向）の入力特性、図３に、Ｙ軸方向（すぐりを横断する方向）の入力特性、図４に、４５度方向（Ｘ軸とＹ軸の中間方向）の入力特性のシミュレーション結果をそれぞれ示す。図２と図３の比較により明らかなように、ブッシュ５００のすぐり方向は中実方向に比べて軟らかく変形しやすい。そして、図４に示す中間方向の入力特性のシミュレーション結果は、中実方向の入力特性と、すぐり方向の入力特性との合成により得られる。しかし、実際には、中間方向の入力特性は、非線形領域では、中実方向の入力特性とすぐり方向の入力特性の中間の特性であり、正確にシミュレーションされていない。すなわち、実測では、中間方向の入力特性を示す曲線は、中実方向の入力特性とすぐり方向の入力特性の中間に現れるが、シミュレーション結果では、すぐり方向よりもさらに柔らかい方向に現れる。
【０００６】
また、ハンドルの回転加速度のシミュレーションでは、シミュレーション結果と実測値との一致度が低下する場合がある。図５に、第１のブッシュ（ブッシュ対策前と呼ぶ）のシミュレーション結果と実測値、図６に、ばね定数の異なる第２のブッシュ（ブッシュ対策後と呼ぶ）のシミュレーション結果と実測値を示す。このシミュレーションは、いずれも、ブッシュをばね要素でモデル化するとともに、そのばね定数として静荷重により得られたばね定数を用いている。ブッシュ対策前は、図５に示すようにシミュレーション結果と実測値との一致度が高いのに対し、ブッシュ対策後は、図６に示すようにシミュレーション結果と実測値との一致度が低い。そして、図７に示すように、ブッシュ対策後は、ば
ね定数を実際の２倍程度とした場合に、シミュレーション結果と実測値との一致度が高くなる。これは、ブッシュのばね定数の変位依存性により、ブッシュのばね定数が変化すると振動時の変位が変化し、さらに、振動時のばね定数が変化する結果、実際のブッシュの動作をシミュレートできていないためと推測される。このように、ブッシュの特性の変位依存性がブッシュの個性に応じて異なるため、静荷重でのばね定数から振動する荷重でのばね定数を特定することは困難である。
【０００７】
また、図８は、予め負荷（以下、プレロードという）をかけておいた状態で、ブッシュを装着したハンドルを加振した場合のハンドルの加速度の加振周波数特性の実測値を示す。実測値では、プレロードが第１の値の場合（実線）と、第１の値よりも大きな第２の値（点線）の場合とで、ピーク（共振点に相当）がずれて測定される。図９に、同一条件でのシミュレーション結果を示す。シミュレーションでは、プレロードの量に応じて加速度の周波数特性のピークが変化する特性とはならず、プレロード時の実際のブッシュの共振特性を再現することが困難となっている。
【０００８】
更には、トーコレクトブッシュ等の形状が複雑なブッシュのシミュレーションを適切に行うことができない場合もある。図１０に、トーコレクトブッシュの一例であるブッシュ５００を軸方向に縦断した断面図を示す。図５において、斜線部分がブッシュ５００である。このブッシュ５００は、軸５１２の外周に配置される内筒５１４と、外筒５１６との間に嵌合される。このブッシュ５００における弾性主軸は、図１１における実測弾性主軸に示すように、荷重に応じて弾性主軸が変位し、これに伴ってトーコレクト量も変動する（図１１で、第２の荷重は第１の荷重より大きな値である）。しかし、シミュレーションでは、図１１における設計諸元弾性主軸のまま、荷重に応じて弾性主軸が変位するということがなく、トーコレクト量も変動しない。以上のように、静荷重に対するばね定数を用いてブッシュをばね要素としてモデル化したのでは、実際のブッシュの動きと整合するシミュレーションを実行することは困難である。
【０００９】
本発明の目的は、ブッシュ等の被測定物に加わる荷重と変位との関係を捉え、実際の被測定物の動作に整合する挙動シミュレーションモデルの創生を可能とした技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は上記課題を解決するために、以下の手段を採用した。すなわち、本発明は、被測定物に対し、所定の入力波で加振する加振ステップと、被測定物の荷重及び変位を検出する検出ステップと、荷重及び変位の関係について、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸によって定義される３次元空間の前記各軸に平行な方向と前記各軸の回りの回転方向からなる６軸の行列演算式を求める演算ステップとを備えることを特徴とする。
【００１１】
このような構成とすることで、被測定物に加わる荷重と、その荷重による被測定物の変位との関係を６軸の行列演算式で表すことができ、被測定物に加わる荷重を考慮した適切なモデル特性の生成が可能となる。
【００１２】
また、本発明は、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸によって定義される３次元空間の前記各軸に平行な方向と前記各軸の回りの回転方向からなる６軸に対する被測定物の外力に対する力学的特性を示す係数行列を求めるモデル特性生成方法であり、前記６軸のうち、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸に平行な３軸を含むいずれか４軸を所定の入力波で加振する加振ステップと、前記加振時に前記６軸方向の荷重と前記４軸方向の変位とを測定する測定ステップと、前記６軸方向の荷重と前記４軸方向の変位との関係を示す係数行列を求める解析ステップとを有することを特徴とする。
このような構成とすることで、前記４軸への加振による変位と、その結果生じる６軸方
向の荷重とが測定され、その変位と荷重との関係を示す係数行列を求めることができる。
前記モデル特性生成方法は、前記６軸のうち、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸に平行な３軸を含むいずれか４軸を組み合わせてなる３個の組み合わせの各々において得られる係数行列を組み合わせて前記６軸方向の荷重と６軸方向の変位との関係を示す係数行列を求める合成ステップをさらに有するものでもよい。このような構成とすることで、４軸への加振による測定結果を組み合わせて、６軸方向の荷重と６軸方向の変位との関係を示す係数行列を求めることができる。
また、本発明は、被測定物に対して、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸によって定義される３次元空間の前記各軸に平行な方向と前記各軸の回りの回転方向からなる６軸を加振し、前記加振時に前記６軸方向の荷重と前記６軸方向の変位とを測定し、前記６軸方向の荷重と前記６軸方向の変位との関係を示す係数行列を求めることにより、被測定物の外力に対する力学的特性を示す係数行列を求める、そのようなモデル特性生成方法であってもよい。また、本発明は、そのような機能を実現するモデル解析装置であってもよい。本発明によれば、被測定物に対して、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸によって定義される３次元空間の前記各軸に平行な方向と前記各軸の回りの回転方向からなる６軸を略同時に加振し、前記６軸方向の荷重と前記６軸方向の変位とを測定し、前記６軸方向の荷重と前記６軸方向の変位との関係を示す係数行列を求めることができる。
前記モデル特性生成方法において、前記設計対象物がコンピュータ上の形状モデルで構成され、前記形状モデルが有限要素に分割され、前記加振ステップおよび測定ステップが、前記被測定物の物性情報に基づいて前記有限要素間の力学的関係が定義された、前記形状モデルに対して実行されるようにしてもよい。
このような構成とすることで、被測定物の加振状態を有限要素法によりシミュレーションした場合には、そのシミュレーションの結果から導き出される被測定物に加わる荷重と、その荷重による被測定物の変位との関係を６軸の行列演算式で表すことができ、被測定物の特性の変位依存性を考慮した適切なモデル特性の生成が可能となる。
【００１３】
上記モデル特性生成方法において、被測定物は弾性部材であるように構成しても良い。
【００１４】
このような構成とすることで、荷重と変位との関係が一様ではない弾性部材の挙動シミュレーションモデルを適切に生成することが可能となる。更には、上記モデル特性生成方法において、前記弾性部材はブッシュであるように構成しても良い。
【００１５】
また、本発明は、被測定物に対し、所定の入力波で加振する加振手段と、前記被測定物の荷重及び変位を測定する測定手段と、前記荷重及び変位の関係について、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸によって定義される３次元空間の前記各軸に平行な方向と前記各軸の回りの回転方向からなる６軸の行列演算式を求める解析手段とを備えることを特徴とするモデル特性生成装置であってもよい。
また、本発明は、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸によって定義される３次元空間の前記各軸に平行な方向と前記各軸の回りの回転方向からなる６軸に対する被測定物の外力に対する力学的特性を示す係数行列を求めるモデル特性生成装置であり、前記６軸のうち、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸に平行な３軸を含むいずれか４軸を所定の入力波で加振する加振手段と、前記加振時に前記６軸方向の荷重を測定する荷重測定手段と、前記加振時に前記４軸方向の変位を測定する変位測定手段と、前記６軸方向の荷重と前記４軸方向の変位との関係を示す係数行列を求める解析手段とを有するモデル特性生成装置であってもよい。
また、本発明は、コンピュータに、以上のいずれかの機能を実現させるプログラムであってもよい。ここで、コンピュータは、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸によって定義される３次元空間の前記各軸に平行な方向と前記各軸の回りの回転方向からなる６軸のうち、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸に平行な３軸を含むいずれか４軸を所定の入力波で加振する加振手段と、前記加振時に前記６軸方向の荷重を測定する荷重測定手段と、前記加振時に前記４軸方向の変位を測定する変位測定手段とを備える装置に接続可能なものでよい。
また、前記コンピュータが前記設計対象物をコンピュータ上の形状モデルで構成し、前記形状モデルが有限要素に分割され、前記加振ステップおよび測定ステップが、前記被測定物の物性情報に基づいて前記有限要素間の力学的関係が定義された、前記形状モデルについて実行されるようにしてもよい。
また、本発明は、そのようなプログラムを記録したコンピュータが読み取り可能な記録媒体でもよい。
ここで、コンピュータが読み取り可能な記録媒体とは、データやプログラム等の情報を電気的、磁気的、光学的、機械的、または化学的作用によって蓄積し、コンピュータから読み取ることができる記録媒体をいう。このような記録媒体のうちコンピュータから取り外し可能なものとしては、例えばフレキシブルディスク、光磁気ディスク、CD-ROM、CD-R/W、DVD、DAT、８mmテープ、メモリカード等がある。
また、コンピュータに固定された記録媒体としてハードディスクやＲＯＭ（リードオンリーメモリ）等がある。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、被測定物に加わる荷重を考慮した適切な挙動シミュレーションモデルの創生が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態（以下、「実施形態」と称する）に係る挙動シミュレーションモデル創生システムについて説明する。なお、以下の実施形態の構成は例示であり、本発明は実施形態の構成に限定されるものではない。
【００１８】
図１２に、本発明の実施形態に係る第１の挙動シミュレーションモデル創生システムの構成図を示す。図１２に示す挙動シミュレーションモデル創生システム１００は、被測定物であるゴム製のブッシュ等（以下、「測定部品」と称する、本発明の被測定物に相当）の挙動シミュレーションモデルを行列演算式として求めるものである。
【００１９】
この挙動シミュレーションモデル創生システム１００は、加振部１１２（本は発明の加振手段に相当）を内蔵し、被測定物であるゴム製のブッシュ等に対し加振を行い、当該測定部品の荷重及び変位を検出する分力測定装置１１０と、この分力測定装置１１０により検出された測定部品の荷重及び変位のデータを記憶する荷重・変位データ記憶部１２０と、測定部品の荷重と変位との関係についての行列演算式を求める演算部１３０と、この演算部１３０により求められた行列演算式を記憶する行列演算式記憶部１４０とにより構成される。
このうち、荷重・変位データ記憶部１２０、演算部１３０、および行列演算式記憶部１４０は、不図示のＣＰＵ、メモリ、ハードディスク等を含むコンピュータ上で実行されるコンピュータプログラムにより実現される。また、分力測定装置１１０は、不図示のインターフェースを介して、上記ＣＰＵと接続され、ＣＰＵ上で実行されるコンピュータプログラムにより制御され、加振および測定を実行する。
【００２０】
以下、挙動シミュレーションモデル創生システム１００による挙動シミュレーションモデルの創生、及び、これに続く測定部品の挙動シミュレーションの動作について説明する。図１３に、挙動シミュレーションモデルの創生及び挙動シミュレーションの動作のフローチャートを示す。
【００２１】
まず、挙動シミュレーションの対象となる測定部品が選択され、分力測定装置１１０内の加振部１１２に配置される（Ｓ１０１）。
【００２２】
分力測定装置１１０は、加振部１１２に測定部品が配置されると、当該加振部１１２を
駆動して所定の入力ランダム波により測定部品を加振する（Ｓ１０２）。加振部１１２は、測定部品について定められる互いに直交する３軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）の方向に移動することにより、測定部品をこれら３軸の方向に加振する。図１４に、測定部品に加えられるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向の荷重の一例を示す。同図に示すように、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の方向の荷重であるＦｘ、Ｆｙ、Ｆｚはランダム波となる。また、加振部１１２は、鉛直方向の軸を回転軸として回転することにより、測定部品を回転させる。すなわち、加振部１１２による加振では、測定部品に対して３軸の方向の加振と鉛直方向の周りの回転方向の加振との合計４軸の加振が行われる。なお、加振は略同時期に４軸に実施することもできるし、４軸各々について時間をずらせて行うことも可能である。
【００２３】
本実施形態では、測定対象物である測定部品の向きを変えて、Ｘ軸が鉛直方向のとき、Ｙ軸が鉛直方向のとき、Ｚ軸が鉛直方向のときのそれぞれについて加振が行われるようにすることで、測定部品のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸のいずれについても、その軸の周りの回転方向の加振がなされるようにする。これにより、測定部品に対して、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸と、これら各軸の周りの回転方向の合計６軸について加振が行われることになる。
【００２４】
そして、分力測定装置１１０（本発明の荷重測定手段および変位測定手段に相当）は、加振部１１２による加振が行われている状態で、内蔵する加速度ピックアップ（図示せず）、歪みセンサ（図示せず）等を用いて、測定部品の６軸のそれぞれの荷重と、その荷重による測定部品の６軸のそれぞれの変位のデータを検出する。分力測定装置１１０によって検出された測定部品の荷重及び変位のデータは、荷重・変位データ記憶部１２０に送られ、記憶される（Ｓ１０３）。
【００２５】
次に、演算部１３０は、荷重・変位データ記憶部１２０に記憶された荷重データ及び変位データを読み出し、例えば、最小二乗法を用いて、挙動シミュレーションモデルとしての荷重と変位との関係についての６軸の行列演算式を求める（Ｓ１０４）。なお、本発明の実施において、この行列演算式を求める手順は、最小二乗法に限定されるものではない。すなわち、最小二乗法による計算に代えて、ニューラルネットワークによって算出するようにしてもよい。
ここで、測定部品の荷重に対応する６行１列の行列である荷重ベクトルＦ、測定部品の変位に対応する４２行１列の行列である運動状態ベクトルＤ、荷重と変位との関係についての６行４２列の６軸の行列である係数マトリクスＨ、及び、測定部品における摩擦等に対応する６行１列の行列である定数ベクトルｂは、
（数１）
Ｆ(6×1)= H(6×42)・D(42×1)+ b(6×1)
という関係がある。ここで、荷重ベクトルＦは、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向の荷重であるＦｘ、Ｆｙ、Ｆｚ等を用いて、
（数２）
Ｆ(6×1)=(Fx Fy Fz ・・・)T
で表され、運動状態ベクトルＤは、変位δｘ、当該変位δｘを微分して得られる速度、当該速度を微分して得られる加速度、変位δｘのべき乗を用いて、
（数３）
D(42×1)=(δx・・・δx’・・・δx’’・・・δx2・・・δx3・・・δx4・・・δx5・・・)
で表される。ここに、δxは、Ｘ方向の変位、δx’は、Ｘ方向の速度、δx’’は、Ｘ方向の加速度であり、δx2等は、変位のべき乗の項である。演算部１３０は、上述した数１の関係により、６軸の行列である係数マトリクスＨを求めることができる。このような関係式を求めることにより、従来、ブッシュ等の測定部品を単純な静荷重のばね定数によりモデル化していた場合と比較して、変位に対する高次の項を含めた運動状態ベクトルと荷重との関係を係数マトリクスＨにより求めることができる。また、この関係式では、従来
、６軸の各々において、個々に変位と荷重の関係を求めていたのに対し、異方要素間の関係、例えば、Ｘ方向に平行な荷重と、Ｘ方向に平行な方向以外の変位（Ｙ、Ｚ方向に平行な変位、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸の回りの回転方向の変位）との関係が係数マトリクスＨにより数値化される。
【００２６】
以下、挙動シミュレーションモデルとしての荷重と変位との関係についての６軸の行列である係数マトリクスＨの導出の一例について説明する。なお、以下においては、説明の簡単のため、係数マトリクスＨが６行６列の行列、運動状態ベクトルＤが６行１列の行列であり、定数ベクトルｂが存在しない場合を例に説明する。
【００２７】
図１５に、測定部品であるブッシュを示す。同図に示すブッシュ３００において、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の方向と、これらＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の周りの回転方向の合計６軸についての荷重及び変位が得られることにより、係数マトリクスＨが求まる。
【００２８】
具体的には、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の方向と、これらＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の周りの回転方向の６軸について、荷重をそれぞれＦｘ、Ｆｙ、Ｆｚ、Ｍｘ、Ｍｙ、Ｍｚとし、変位をそれぞれＤｘ、Ｄｙ、Ｄｚ、Ａｘ、Ａｙ、Ａｚとすると、上述した数１に基づいて、運動状態ベクトルＤを求めるための式は、図１６（ａ）に示すように係数マトリクスＨの逆行列を用いた式で表され、荷重ベクトルＦを求めるための式は、図１６（ａ）に示すように係数マトリクスＨの逆行列の更に逆行列、すなわち、係数マトリクスＨを用いた式で表される。従って、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の方向と、これらＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の周りの回転方向の６軸について、荷重及び変位の複数の測定値を得て、図１６（ａ）の式や図１６（ｂ）の式から最小二乗法、ニューラルネットワーク等により係数マトリクスＨを求めればよい。
【００２９】
しかしながら、上述したように、分力測定装置１１０内の加振部１１２は、１回の加振において、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の方向の加振と、鉛直方向の周りの回転の加振との合計４軸の加振しか行うことができない。このため、測定部品であるブッシュ３００の向きを変えて、３回の加振が行われるようにすることで、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の方向と、これらＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の周りの回転方向との６軸について、荷重及び変位が得られるようにする。
【００３０】
すなわち、まず、図１７に示すように、Ｘ軸が鉛直方向となるようにブッシュ３００が加振部１１２に配置され、ブッシュのＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸に平行な方向と、Ｘ軸回りの回転方向の４軸が加振される。この加振時に、６軸のそれぞれの方向の荷重Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ、Ｍｘ、Ｍｙ、Ｍｚと、６軸のうちＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の方向と、Ｘ軸の周りの回転方向の４軸の変位Ｄｘ、Ｄｙ、Ｄｚ、Ａｘとが分力測定装置１１０によって検出される。そして、演算部１３０は、図１８に示すように、係数マトリクスＨの１行目から４行目によって構成される４行６列の係数行列を用いた式に、これら荷重Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ、Ｍｘ、Ｍｙ、Ｍｚと変位Ｄｘ、Ｄｙ、Ｄｚ、Ａｘとを代入することにより、係数マトリクスＨの１行目から４行目の係数を最小二乗法、ニューラルネットワーク等により求める（この処理を実行する演算部１３０が解析手段に相当する）。
【００３１】
次に、図１９に示すように、Ｙ軸が鉛直方向となるようにブッシュ３００が加振部１１２に配置され、加振される。この加振により、６軸のそれぞれの方向の荷重Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ、Ｍｘ、Ｍｙ、Ｍｚと、６軸のうちＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の方向と、Ｙ軸の周りの回転方向の４軸の変位Ｄｘ、Ｄｙ、Ｄｚ、Ａｙとが分力測定装置１１０によって検出される。そして、演算部１３０は、図２０に示すように、係数マトリクスＨの１行目から３行目と５行目とによって構成される４行６列の係数行列を用いた式に、これら荷重Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ、Ｍｘ、Ｍｙ、Ｍｚと変位Ｄｘ、Ｄｙ、Ｄｚ、Ａｙとの測定値を代入することにより、係数マトリクスＨの１行目から３行目の係数と５行目の係数とを最小二乗法、ニューラルネットワーク等で求める。なお、ここで求まる係数マトリクスＨの１行目から３行目の係
数は、上述したＸ軸が鉛直方向となる場合に求まる係数と測定誤差の範囲でほぼ同一である。
【００３２】
更に、図２１に示すように、Ｚ軸が鉛直方向となるようにブッシュ３００が加振部１１２に配置され、加振される。この加振により、６軸のそれぞれの方向の荷重Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ、Ｍｘ、Ｍｙ、Ｍｚと、６軸のうちＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の方向と、Ｚ軸の周りの回転方向の４軸の変位Ｄｘ、Ｄｙ、Ｄｚ、Ａｚとが分力測定装置１１０によって検出される。そして、演算部１３０は、図２２に示すように、係数マトリクスＨの１行目から３行目と６行目とによって構成される４行６列の係数行列を用いた式に、これら荷重Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ、Ｍｘ、Ｍｙ、Ｍｚと変位Ｄｘ、Ｄｙ、Ｄｚ、Ａｚとを代入することにより、係数マトリクスＨの１行目から３行目の係数と６行目の係数とを最小二乗法、ニューラルネットワーク等で求める。なお、ここで求まる係数マトリクスＨの１行目から３行目の係数は、上述したＸ軸が鉛直方向となる場合及びＹ軸が鉛直方向となる場合に求まる係数と測定誤差の範囲でほぼ同一である。
【００３３】
なお、高次項、微分項等を追加し、係数マトリクスＨを構成する係数の数を増やすことにより、より正確な挙動シミュレーションモデルを表す係数マトリクスＨの導出が可能となる。
【００３４】
再び、図１３に戻って説明する。演算部１３０によって求められた、挙動シミュレーションモデルとしての荷重と変位との関係についての６軸の行列演算式は、行列演算式記憶部１４０に送られ、記憶される（Ｓ１０５、この処理を実行する演算部１３０が合成手段に相当する）。
【００３５】
その後は、この６軸の行列演算式を用いたシミュレーションが行われる。すなわち、図示しないシミュレーション装置は、行列演算式記憶部１４０に記憶された６軸の行列演算式を読み出し、汎用有限要素法プログラムのユーザ定義要素形式に設定し（Ｓ１０６）、この汎用有限要素法プログラムを実行し、測定部品を含む構造についてのシミュレーションを行う（Ｓ１０７）。具体的には、ブッシュ部分を上記測定結果の解析に基づいて得られた係数行列の特性を有するばね要素で記述し、ブッシュ以外の車両部分（本体側と、本体側にブッシュで接続されるサスペンション側）を有限要素に分割し、車両全体の剛性がシミュレートされる。
【００３６】
このように、挙動シミュレーションモデル創生システム１００は、測定部品に対し、所定の入力ランダム波で加振して、その測定部品の荷重及び変位を検出し、これら荷重及び変位の関係についての６軸の行列演算式を挙動シミュレーションモデルとして求める。従って、測定部品に加わる荷重および荷重と変位との関係を従来よりも正確に反映した適切な挙動シミュレーションモデルの創生が可能となる。特に、測定部品がゴム等の弾性部材である場合には、荷重によって変形しやすいため、荷重と変位との関係を考慮することにより、より適切な挙動シミュレーションモデルを創生することが可能となる。
すなわち、挙動シミュレーションモデル創生システム１００は、変位に対する高次の項を含めた運動状態ベクトルと荷重との関係を係数マトリクスＨにより求めて測定部品をモデル化することができる。また、挙動シミュレーションモデル創生システム１００は、異方向特性、例えば、Ｘ方向に平行な荷重と、Ｘ方向に平行な方向以外の変位（Ｙ、Ｚ方向に平行な変位、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸の回りの回転方向の変位）との関係を係数マトリクスＨにより求めて測定部品をモデル化することができる。Ｙ、Ｚ方向に平行な方向、およびＸ、Ｙ、Ｚ軸回りの回転についても同様である。
【００３７】
なお、上記実施形態では、ブッシュのＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸の３つの座標軸に平行な方向の加振と、１つの固定軸、例えば、鉛直方向（例えば、ブッシュのＸ軸方向）の周り
の回転の加振とを実行した。そして、この加振時に、６軸のそれぞれの方向の荷重Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ、Ｍｘ、Ｍｙ、Ｍｚと、６軸のうちＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸に平行な方向および鉛直方向（例えば、ブッシュのＸ軸方向）の周りの回転からなる４軸の変位Ｄｘ、Ｄｙ、Ｄｚ、Ａｘとを分力測定装置１１０によって検出した。そして、その測定結果により、係数マトリクスＨの対応部分の係数を求めた。
同様に、ブッシュの向きを変え、このようなＸ軸周りの加振に代えてＹ軸周りに加振し、係数マトリクスＨの対応部分の係数を求めた。さらに、ブッシュの向きを変え、Ｙ軸周りの加振に代えてＺ軸周りに加振することで係数マトリクスＨの対応部分の係数を求めた。このようにして、異なる３組の４軸に対する測定を行い、係数マトリクスＨの部分マトリクスを求め、これらの部分マトリクスを組み合わせることで、係数マトリクスＨを求めた。
しかし、本発明の実施はこのような部分的な方向の加振と測定とを組み合わせる手順には限定されない。例えば、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸に平行な方向の加振と、これらの軸と所定の傾きを持つ他の２軸に平行な加振と、鉛直方向（例えば、Ｘ軸方向に一致）の周りの加振とを、加振部を通じてブッシュに加え、その６軸方向（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、および他の２軸に平行な成分、および鉛直軸周り）の変位と加速度との関係を求めればよい。さらに、これら６軸の方向の成分をＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸に平行な方向の成分と、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸周りの成分とに座標変換し、その変位と加速度との関係から係数マトリクスＨを求めればよい。
また、例えば、６軸方向の加振（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の方向の加振およびその各軸の周りの加振）を略同時に実行し、６軸方向の変位と加速度を測定し、１回の測定で係数マトリクスＨを求めるようにしてもよい。
そのため、回転方向して、１つの軸に固定されるのではなく、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の周りの回転成分が時間とともに擬似的にランダムに変動する回転運動を発生させればよい。そのため、例えば、図１７に示したような加振において、図中でＸ軸（鉛直方向の軸）の周りの加振として示される回転運動の回転軸をＸ軸周りに固定せず、回転軸を（δｘ、δｙ、δｚ）で示されるランダムな方向に移動すればよい。
したがって、加振部は、回転軸周りの加振を実行する第１の回動部と、その回転軸そのものを所定の支点周りに回動する第２の回動部とを設ければよい。このような構成により、そのような回転軸を前記支点周りに揺動させてもよい。そのような回転軸を所定の支点周りに旋回させて、回転軸の先端を円運動させてもよい。さらに、前記支点周りの回動時に、その旋回面（または揺動時に第１の回動部の回転軸がなす揺動面）の傾きを変動させる、第３の動力源を設けてもよい。第３の動力源は、上記第１の回動部の回転軸を旋回面に対して略直交する方向に回動するように構成すればよい。  
また、この場合の変位の測定としては、ブッシュに予め６軸方向の歪みセンサを設けておけばよい。この場合、上記第１の回動部、第２の回動部、および（または）第３の回動部の回動によりブッシュの向き自体が刻々変化するため、各歪みセンサの測定方向がそれぞれＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸に一致するタイミングをブッシュの回動運動（第１の回動部から第３の回動部の回動状態）から検知し、そのタイミングで各軸に平行な方向および各軸周りの変位を測定すればよい。また、各加速度ピックアップの測定方向がそれぞれＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸に一致するタイミングをブッシュの回動運動から検知し、そのタインミングで各軸に平行な方向および各軸の周りの加速度を測定すればよい。
ところで、上述した挙動シミュレーションモデル創生システム１００は、実際に測定部品を加振して、その測定部品の荷重及び変位を検出したが、シミュレーションにより測定部品の荷重及び変位を推定するようにしても良い。
【００３８】
図２３に、本発明の実施形態に係る第２の挙動シミュレーションモデル創生システムの構成図を示す。図２３に示す挙動シミュレーションモデル創生システム２００は、上述したシミュレーションモデル創生システム１００と同様、被測定物であるゴム製のブッシュ等の測定部品の挙動シミュレーションモデルを行列演算式として求めるものである。
【００３９】
この挙動シミュレーションモデル創生システム２００は、測定部品の加振状態のシミュレーションを行い、推定荷重及び推定変位を検出する加振状態シミュレーション部２１０と、物性情報としての測定部品の材料の特性データを記憶する材料特性データベース（ＤＢ）２１２と、加振状態シミュレーション部２１０により検出された測定部品の推定荷重及び推定変位のデータを記憶する荷重・変位データ記憶部２２０と、測定部品の推定荷重と推定変位との関係についての行列演算式を求める演算部２３０と、この演算部２３０により求められた行列演算式を記憶する記憶部２４０とにより構成される。
【００４０】
以下、挙動シミュレーションモデル創生システム２００による挙動シミュレーションモデルの創生、及び、これに続く測定部品の挙動シミュレーションの動作について説明する。図２４に、挙動シミュレーションモデルの創生及び挙動シミュレーションの動作のフローチャートを示す。
【００４１】
まず、加振状態シミュレーション部２１０は、作業者の操作指示等に応じて、挙動シミュレーションの対象となる測定部品の形状の３次元（３Ｄ）ＣＡＤ（Computer Aided Design）データを作成する（Ｓ２０１）。次に、加振状態シミュレーション部２１０は、市販の有限要素法モデル作成のソフトウェアを実行する。このソフトウェアの実行により、加振状態シミュレーション部２１０は、３ＤＣＡＤデータで表される解析対象物をメッシュに分割し、更に各メッシュについて、有限要素法モデルを作成する（Ｓ２０２）。
【００４２】
次に、加振状態シミュレーション部２１０は、市販の有限要素解析のソフトウェアを実行する。このソフトウェアの実行により、加振状態シミュレーション部２１０は、材料特性データベース２１２に記憶された、測定部品の材料に対応する特性データと、有限要素法モデルのデータとを利用し、所定の入力ランダム波により測定部品を加振した状態のシミュレーションを行う（Ｓ２０３）。
【００４３】
更に、加振状態シミュレーション部２１０は、この加振状態のシミュレーションの結果に基づいて、測定部品の６軸のそれぞれの荷重の推定値（以下、「推定荷重」と称する）と、その荷重による測定部品の６軸のそれぞれの変位の推定値（以下、「推定変位」と称する）のデータを検出する。加振状態シミュレーション部２１０によって検出された測定部品の推定荷重及び推定変位のデータは、荷重・変位データ２２０に送られ、記憶される（Ｓ２０４）。
【００４４】
その後は、図１３のＳ１０４以降と同様の動作が行われる。すなわち、演算部２３０は、荷重・変位データ記憶部２２０に記憶された推定荷重データ及び推定変位データを読み出し、最小二乗法、ニューラルネットワーク等を用いて、挙動シミュレーションモデルとしての推定荷重と推定変位との関係についての６軸の行列演算式を求める（Ｓ２０５）。具体的な６軸の行列演算式の導出方法は、図１３のＳ１０４と同様である。演算部２３０によって求められた、挙動シミュレーションモデルとしての推定荷重と推定変位との関係についての６軸の行列演算式は、行列演算式記憶部２４０に送られ、記憶される（Ｓ２０６）。
【００４５】
次に、図示しないシミュレーション装置は、行列演算式記憶部２４０に記憶された６軸の行列演算式を読み出し、汎用有限要素法プログラムのユーザ定義要素形式に設定し（Ｓ２０７）、この汎用有限要素法プログラムを実行し、測定部品を含む構造についてのシミュレーションを行う（Ｓ２０８）。
【００４６】
このように、挙動シミュレーションモデル創生システム２００は、測定部品の加振状態のシミュレーションを行って、その測定部品の推定荷重及び推定変位を検出し、これら推
定荷重及び推定変位の関係についての６軸の行列演算式を挙動シミュレーションモデルとして求める。従って、測定部品が存在しない場合においても、挙動シミュレーションモデル創生システム１００と同様、その測定部品に加わる荷重を考慮した適切な挙動シミュレーションモデルの創生が可能となる。
また、ブッシュは、車両内で多数使用されるものであるため、ブッシュを含めて車両全体を有限要素に分割してシミュレーションする場合と比較して、計算量を低減し、ＣＰＵ負荷を軽減できる。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
被測定物に加わる荷重を考慮した適切な挙動シミュレーションモデルの創生が行われるため、特に被測定物が荷重によって変形しやすい弾性部材である場合には、より適切な挙動シミュレーションモデルを創生することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】ブッシュ５００の上方断面図である。
【図２】ブッシュ５００の中実方向の入力特性を示す図である。
【図３】ブッシュ５００のすぐり方向の入力特性を示す図である。
【図４】ブッシュ５００の中間方向の入力特性を示す図である。
【図５】ブッシュ対策前のハンドルの回転加速度のシミュレーション結果と実測値を示す図である。
【図６】ブッシュ対策後のハンドルの回転加速度のシミュレーション結果と実測値を示す図である。
【図７】ブッシュ対策後の各ばね定数に対応するハンドルの回転加速度のシミュレーション結果と実測値を示す図である。
【図８】予め負荷をかけておいた場合のハンドルの回転加速度の第１のシミュレーション結果を示す図である。
【図９】予め負荷をかけておいた場合のハンドルの回転加速度の第２のシミュレーション結果を示す図である。
【図１０】形状が複雑なブッシュ５００の側方断面図である。
【図１１】設計諸元弾性主軸と実測弾性主軸との対応を示す図である。
【図１２】本発明の実施の形態に係る第１の挙動シミュレーションモデル創生システム１００の構成図である。
【図１３】本発明の実施の形態に係る第１の挙動シミュレーションモデル創生システム１００による挙動シミュレーションモデルの創生及びその後の挙動シミュレーションの動作のフローチャートである。
【図１４】測定部品に加わる荷重の時間経過を示す図である。
【図１５】測定部品であるブッシュ３００の外観図である。
【図１６】運動状態ベクトルＤ及び荷重ベクトルＦを求めるための式を示す図である。
【図１７】ブッシュ３００の第１の配置状態を示す図である。
【図１８】第１の配置状態における運動状態ベクトルＤを求めるための式を示す図である。
【図１９】ブッシュ３００の第２の配置状態を示す図である。
【図２０】第２の配置状態における運動状態ベクトルＤを求めるための式を示す図である。
【図２１】ブッシュ３００の第３の配置状態を示す図である。
【図２２】第３の配置状態における運動状態ベクトルＤを求めるための式を示す図である。
【図２３】本発明の実施の形態に係る第２の挙動シミュレーションモデル創生システム２００の構成図である。
【図２４】本発明の実施の形態に係る第２の挙動シミュレーションモデル創生システム２００による挙動シミュレーションモデルの創生及びその後の挙動シミュレーションの動作のフローチャートである。
【符号の説明】
【００４９】
１００、２００  挙動シミュレーションモデル創生システム
１１０  分力測定装置
１１２  加振部
１２０、２２０  荷重・変位データ記憶部
１３０、２３０  演算部
１４０，２４０  行列演算式記憶部
２１０  加振状態シミュレーション部
２１２  材料特性ＤＢ、  ３００  ブッシュ
【図１】
2006201089.tif 000003
【図２】
2006201089.tif 000004
【図３】
2006201089.tif 000005
【図４】
2006201089.tif 000006
【図５】
2006201089.tif 000007
【図６】
2006201089.tif 000008
【図７】
2006201089.tif 000009
【図８】
2006201089.tif 000010
【図９】
2006201089.tif 000011
【図１０】
2006201089.tif 000012
【図１１】
2006201089.tif 000013
【図１２】
2006201089.tif 000014
【図１３】
2006201089.tif 000015
【図１４】
2006201089.tif 000016
【図１５】
2006201089.tif 000017
【図１６】
2006201089.tif 000018
【図１７】
2006201089.tif 000019
【図１８】
2006201089.tif 000020
【図１９】
2006201089.tif 000021
【図２０】
2006201089.tif 000022
【図２１】
2006201089.tif 000023
【図２２】
2006201089.tif 000024
【図２３】
2006201089.tif 000025
【図２４】
2006201089.tif 000026