(57)【要約】【課題】前形状に分布する応力、すなわち、荷重を引き継ぐことにより、より現実に近い線条構造物の予測形状を計算することができる線条構造物の配線設計支援方法、その装置及びそのプログラムを提供する。【解決手段】対象となる線条構造物を直線性が保たれた複数の梁要素が結合された弾性体として、この線条構造物の有限要素モデルが作成され、この有限要素モデルに与えられた線条構造物の物理特性、拘束条件及び荷重に応じた、このモデルの物理的に釣り合った状態である予測形状が計算され、この予測形状が出力される。特に、制御点１ａ８を強制変位又は力を加えながら変位させる前の荷重を引き継いで、制御点１ａ８を変位させたときの予測形状１ｂ、１ｃ、１ｚが有限要素法により計算される。【選択図】図９
2006024079.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有限要素法を利用して線条構造物の予測形状を計算して最適な配線設計を支援する方法であって、
対象となる前記線条構造物を直線性が保たれた複数の梁要素が結合された弾性体として、この線条構造物の有限要素モデルを作成する有限要素モデル作成工程と、
前記有限要素モデルに与えられた前記線条構造物の物理特性、拘束条件及び荷重に応じた、このモデルの物理的に釣り合った状態である予測形状を計算する予測形状計算工程と、
前記予測形状を出力する予測形状出力工程と、
前記予測形状における前記有限要素モデル上の各節点にかかる前記荷重を求める荷重計算工程と、
前記有限要素モデル上の所定の制御点を変位させる制御点変位工程と、
を含み、
前記予測形状計算工程では、
前記制御点を変位させる前の前記荷重を引き継いで、前記制御点を変位させたときの前記予測形状を計算する、
ことを特徴とする線条構造物の配線設計支援方法。
【請求項２】
請求項１記載の配線設計支援方法において、
前記制御点変位工程では、
前記制御点を所定量だけ強制変位させる、
ことを特徴とする線条構造物の配線設計支援方法。
【請求項３】
請求項１記載の配線設計支援方法において、
前記制御点変位工程では、
前記制御点に所定の力を加えて変位させる、
ことを特徴とする線条構造物の配線設計支援方法。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の配線設計支援方法において、
前記線条構造物の初期形状に対応する有限要素モデル上の各節点にかかる前記荷重である初期荷重を取得する初期荷重取得工程、を更に含み、
前記予測形状計算工程では、
前記初期荷重を引き継いで、前記制御点を変位させたときの前記予測形状を計算する、
ことを特徴とする線条構造物の配線設計支援方法。
【請求項５】
有限要素法を利用して線条構造物の予測形状を計算して最適な配線設計を支援する装置であって、
対象となる前記線条構造物を直線性が保たれた複数の梁要素が結合された弾性体として、この線条構造物の有限要素モデルを作成する有限要素モデル作成手段と、
前記有限要素モデルに与えられた前記線条構造物の物理特性、拘束条件及び荷重に応じた、このモデルの物理的に釣り合った状態である予測形状を計算する予測形状計算手段と、
前記予測形状を出力する予測形状出力手段と、
前記予測形状における前記有限要素モデル上の各節点にかかる前記荷重を求める荷重計算手段と、
前記有限要素モデル上の所定の制御点を変位させる制御点変位手段と、
を含み、
前記予測形状計算手段では、
前記制御点を変位させる前の前記荷重を引き継いで、前記制御点を変位させたときの前記予測形状を計算する、
ことを特徴とする線条構造物の配線設計支援装置。
【請求項６】
有限要素法を利用して線条構造物の予測形状を計算して最適な配線設計を支援するために、コンピュータを、
対象となる前記線条構造物を直線性が保たれた複数の梁要素が結合された弾性体として、この線条構造物の有限要素モデルを作成する有限要素モデル作成手段、
前記有限要素モデルに与えられた前記線条構造物の物理特性、拘束条件及び荷重に応じた、このモデルの物理的に釣り合った状態である予測形状を計算する予測形状計算手段、
前記予測形状を出力する予測形状出力手段、
前記予測形状における前記有限要素モデル上の各節点にかかる前記荷重を求める荷重計算手段、
前記有限要素モデル上の所定の制御点を変位させる制御点変位手段、
として機能させ、更に、
前記予測形状計算手段では、
前記制御点を変位させる前の前記荷重を引き継いで、前記制御点を変位させたときの前記予測形状を計算するように機能させる、
ことを特徴とする線条構造物の配線設計支援プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワイヤーハーネス等の線条構造物の配線設計を支援する方法、その装置及びそのプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
車両等においては、複数の電装品が搭載されており、これらは、複数の電線や通信線等の線条材がインシュロック等の結束部材やテープ等の外装部材によって束ねられた上記線条構造物としての、いわゆる、ワイヤーハーネスで接続されている。図１に示すように、ワイヤーハーネス１は、各端部に電装品等と接続されるコネクタ２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄが取り付けられている。また、その中間部には各種クリップ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄが取り付けられ、更に、分岐点４を有している。なお、各端部から分岐点４までを構成するワイヤーハーネス１の各枝線は、基本的に、それぞれ構成線条材の数や種類が異なるので、各枝線の太さ、長さ、弾性、密度等も様々である。
【０００３】
従来、このようなワイヤーハーネスを車両等に配線するための設計は、ＣＡＤ（Computer Aided Design）やＣＡＥ（Computer Aided Engineering）とよばれる汎用解析ソフトを用いて計算するか、或いは、設計者の経験や勘によって行われることが多かった。ところが、ワイヤーハーネス等の線条構造物は、多種多様であり、単に、上記汎用解析ソフトを用いたり、設計者の経験等に頼るだけでは、それらの各部における曲げやねじりに対する剛性まで正確に予想して設計することは非常に困難なことであった。
【０００４】
そこで、本出願人は、下記特許文献１等にて、有限要素法を利用することにより、ワイヤーハーネス等の線条構造物の物理的特性、すなわち、材質や各部における曲げやねじりに対する剛性等も考慮して線条構造物の予測形状を計算することを可能にし、これにより最適な配線設計を支援する方法を提案した。
【０００５】
ここで、本明細書中で引用する文献を以下に示す。
【特許文献１】特願２００３−３０８５０９
【非特許文献１】Ｂ．ナス著「マトリックス有限要素法」ブレイン図書出版株式会社出版、１９７８年８月１０日、ｐ．７−１５
【非特許文献２】谷資信他著「建築物の構造解析シリーズＩＩ  骨組構造の解析」技報堂出版株式会社発行、昭和５１年１２月２０日、ｐ．１７６−１８５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１の方法は、線条構造物の物理的特性、すなわち、材質や各部における曲げやねじりに対する剛性等も考慮して線条構造物の予測形状を正確に計算できるという点で非常に秀れたものであるが、更なる改善の余地があることがわかった。
【０００７】
すなわち、特許文献１の方法は、基本的に、線条構造物の物理的特性の他に、拘束条件として複数の変位先の位置を有限要素モデルに与えて予測形状を計算するものであるため、場合によっては、正確に予測形状を計算できないこともあった。例えば、図９（Ａ）〜図９（Ｃ）に示すように、１ａ０を固定点とするワイヤーハーネスの初期形状１ａの制御点１ａ８が、障害物３０を避けながら、１ｂ８、１ｃ８を経由して、１ｚ８まで変位される場合を想定したとき、形状１ｂは、形状１ａに分布する応力（広い意味では荷重とよぶ）を引き継ぎ、同様に、形状１ｃは、形状１ｂに分布する応力を引き継ぎ、形状１ｚは、形状１ｃに分布する応力を引き継ぎいだ形状になるはずである。
【０００８】
しかしながら、特許文献１の方法では、前形状に分布する応力、すなわち、荷重の引き継ぎまでは考慮されて計算されていなかったので、より現実に近い予測形状を計算するために、更なる改善が求められている。
【０００９】
よって本発明は、上述した現状に鑑み、前形状に分布する応力、すなわち、荷重を引き継ぐことにより、より現実に近い線条構造物の予測形状を計算することができる線条構造物の配線設計支援方法、その装置及びそのプログラムを提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するためになされた請求項１記載の線条構造物の配線設計支援方法は、有限要素法を利用して線条構造物の予測形状を計算して最適な配線設計を支援する方法であって、対象となる前記線条構造物を直線性が保たれた複数の梁要素が結合された弾性体として、この線条構造物の有限要素モデルを作成する有限要素モデル作成工程と、前記有限要素モデルに与えられた前記線条構造物の物理特性、拘束条件及び荷重に応じた、このモデルの物理的に釣り合った状態である予測形状を計算する予測形状計算工程と、前記予測形状を出力する予測形状出力工程と、前記予測形状における前記有限要素モデル上の各節点にかかる前記荷重を求める荷重計算工程と、前記有限要素モデル上の所定の制御点を変位させる制御点変位工程と、を含み、前記予測形状計算工程では、前記制御点を変位させる前の前記荷重を引き継いで、前記制御点を変位させたときの前記予測形状を計算する、ことを特徴とする。
【００１１】
また、上記課題を解決するためになされた請求項２記載の線条構造物の配線設計支援方法は、請求項１記載の配線設計支援方法において、前記制御点変位工程では、前記制御点を所定量だけ強制変位させる、ことを特徴とする。
【００１２】
また、上記課題を解決するためになされた請求項３記載の線条構造物の配線設計支援方法は、請求項１記載の配線設計支援方法において、前記制御点変位工程では、前記制御点に所定の力を加えて変位させる、ことを特徴とする。
【００１３】
また、上記課題を解決するためになされた請求項４記載の線条構造物の配線設計支援方法は、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の配線設計支援方法において、前記線条構造物の初期形状に対応する有限要素モデル上の各節点にかかる前記荷重である初期荷重を取得する初期荷重取得工程、を更に含み、前記予測形状計算工程では、前記初期荷重を引き継いで、前記制御点を変位させたときの前記予測形状を計算する、ことを特徴とする。
【００１４】
また、上記課題を解決するためになされた請求項５記載の線条構造物の配線設計支援装置は、有限要素法を利用して線条構造物の予測形状を計算して最適な配線設計を支援する装置であって、対象となる前記線条構造物を直線性が保たれた複数の梁要素が結合された弾性体として、この線条構造物の有限要素モデルを作成する有限要素モデル作成手段と、前記有限要素モデルに与えられた前記線条構造物の物理特性、拘束条件及び荷重に応じた、このモデルの物理的に釣り合った状態である予測形状を計算する予測形状計算手段と、前記予測形状を出力する予測形状出力手段と、前記予測形状における前記有限要素モデル上の各節点にかかる前記荷重を求める荷重計算手段と、前記有限要素モデル上の所定の制御点を変位させる制御点変位手段と、を含み、前記予測形状計算手段では、前記制御点を変位させる前の前記荷重を引き継いで、前記制御点を変位させたときの前記予測形状を計算する、ことを特徴とする。
【００１５】
また、上記課題を解決するためになされた請求項６記載の線条構造物の配線設計支援プログラムは、有限要素法を利用して線条構造物の予測形状を計算して最適な配線設計を支援するために、コンピュータを、対象となる前記線条構造物を直線性が保たれた複数の梁要素が結合された弾性体として、この線条構造物の有限要素モデルを作成する有限要素モデル作成手段、前記有限要素モデルに与えられた前記線条構造物の物理特性、拘束条件及び荷重に応じた、このモデルの物理的に釣り合った状態である予測形状を計算する予測形状計算手段、前記予測形状を出力する予測形状出力手段、前記予測形状における前記有限要素モデル上の各節点にかかる前記荷重を求める荷重計算手段、前記有限要素モデル上の所定の制御点を変位させる制御点変位手段、として機能させ、更に、前記予測形状計算手段では、前記制御点を変位させる前の前記荷重を引き継いで、前記制御点を変位させたときの前記予測形状を計算するように機能させる、ことを特徴とする。
【００１６】
請求項１〜請求項３、請求項５及び請求項６記載の発明によれば、対象となる線条構造物を直線性が保たれた複数の梁要素が結合された弾性体として、この線条構造物の有限要素モデルが作成され、この有限要素モデルに与えられた線条構造物の物理特性、拘束条件及び荷重に応じた、このモデルの物理的に釣り合った状態である予測形状が計算され、この予測形状が出力される。特に、制御点を強制変位又は力を加えながら変位させる前の荷重を引き継いで、制御点を変位させたときの予測形状が計算される。
【００１７】
また、請求項４記載の発明によれば、初期形状における荷重を引き継いで、予測形状が計算されるので、出荷時のまがり癖等も引き継ぐことができる。
【発明の効果】
【００１８】
請求項１〜請求項３、請求項５及び請求項６記載の発明によれば、対象となる線条構造物を直線性が保たれた複数の梁要素が結合された弾性体として、この線条構造物の有限要素モデルが作成され、この有限要素モデルに与えられた線条構造物の物理特性、拘束条件及び荷重に応じた、このモデルの物理的に釣り合った状態である予測形状が計算され、この予測形状が出力される。特に、制御点を強制変位又は力を加えながら変位させる前の荷重を引き継いで、制御点を変位させたときの予測形状が計算される。したがって、より現実に近い線条構造物の予測形状を計算することができる。
【００１９】
また、請求項４記載の発明によれば、初期形状における荷重を引き継いで、予測形状が計算されるので、出荷時のまがり癖等も引き継ぐことができる。したがって、更に現実に近い線条構造物の予測形状を計算することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。まず、図１及び図２を用いて、対象となる線条構造物としてのワイヤーハーネスの例及び代表的な支持部材について説明する。図１は、対象となるワイヤーハーネスの例を概略的に示す図である。図２は、ワイヤーハーネスに取り付けられる代表的な支持部材と拘束自由度との関係を示す図である。
【００２１】
ワイヤーハーネス１は、例えば、上述のように両端部に図示しない電装品と接続されるコネクタ２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄが取り付けられ、その中間部には各種クリップ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄが取り付けられ、更に、分岐点４を有している。ワイヤーハーネス１の各枝線は、基本的に、それぞれ構成線条材の数や種類が異なるので、各枝線の太さ、長さ、弾性、密度等も異なる。
【００２２】
上記各コネクタ２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄは、電装品側の相手方コネクタの固定位置及びその装着方向に応じて所定の位置に着脱可能に固定され、ワイヤーハーネスの端部を完全拘束する。また、上記各クリップ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄは、ワイヤーハーネスの所定部位を、車両のボディやステー等の所定位置に完全拘束又は回転拘束される。
【００２３】
ここで、クリップについて説明を加える。クリップには、基本的に、長穴クリップ及び丸穴クリップがある。丸穴クリップは、回転クリップともよばれ、ワイヤーハーネスを保持する台座部とステー等に設けられた丸穴形状の取付穴に挿入される支持脚とから構成される。丸穴クリップは、Ｚ軸（取付部位に鉛直方向）廻りに回転可能である。
【００２４】
一方、長穴クリップは、固定クリップともよばれ、ワイヤーハーネスを保持する台座部とステー等に設けられた長穴形状の取付穴に挿入される支持脚とから構成される。この支持脚の断面形状は、取付穴と略同様の長穴形状をしている。長穴クリップは、Ｚ軸廻りに回転不可能である。
【００２５】
更に、長穴クリップ及び丸穴クリップには、Ｘ軸（ワイヤーハーネスの長手方向）廻りに回転可能な、コルゲート長穴クリップ及びコルゲート丸穴クリップがある。このような各クリップの各軸方向及び各軸廻りの拘束自由度は図２に示す通りである。
【００２６】
図２において、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸は、ワイヤーハーネス上の各節点（又はノードともよぶ）における右手ローカル座標系での直行する３軸に対応する。例えば、Ｚ軸をクリップ軸と一致するようにしているが、これらの決定方法は、使用する関数によって適宜変更可能である。なお、図中、参考のために、分岐点の拘束自由度についても示している。また、ここでは図示しないが、上記拘束点以外に任意に設定されたワイヤーハーネス上の節点は、基本的に、完全自由である。このような拘束自由度が、後述するように、予測経路の計算のために、各節点にそれぞれ、設定される。
【００２７】
次に、図３〜図５を参照しながら、本発明において前提となる仮定条件、利用される理論及び基本式の概略について説明する。図３（Ａ）は、ワイヤーハーネスの外観を示す図であり、図３（Ｂ）は、図３（Ａ）のワイヤーハーネスを離散化した様子を示す図であり、図３（Ｃ）は、図３（Ａ）のワイヤーハーネスを梁要素と節点とで表した図である。図４は、梁要素と節点とで表したワイヤーハーネスにおける自由度を説明するための図である。図５（Ａ）は、ワイヤーハーネスを３つの梁要素で表した図であり、図５（Ｂ）は、図５（Ａ）の３つの梁要素を結合した状態を示す図である。
【００２８】
まず、本発明では、ワイヤーハーネスの設計に有限要素法を利用するに際し、以下のような仮定をする。
（１）．ワイヤーハーネスを弾性体と仮定する。
（２）．ワイヤーハーネスを梁要素が結合されたものと仮定する。
（３）．各梁要素に直線性が保たれるものと仮定する。
【００２９】
なお、梁要素と仮定することは、ワイヤーハーネスを一様断面、すなわち、均質な断面であると仮定することも意味する。また、断面を円形と仮定しているが必ずしもその必要はない。但し、以降の説明では、ワイヤーハーネスを円形断面と想定して説明していく。
【００３０】
このような仮定をすることにより、従来なされていなかった、ワイヤーハーネスへの有限要素法の適用が可能になる。
【００３１】
まず、ワイヤーハーネスを離散化する。すなわち、図３（Ａ）に示すように、複数の電線１１がテープ１２等の外装部材によって束ねられたワイヤーハーネス１は連続体とみなすことができる。次に、図３（Ｂ）に示すように、このようなワイヤーハーネス１を、いくつかの梁要素Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、…に分割（離散化）する。すなわち、ワイヤーハーネスは１本のロープのようなものなので、有限個の梁要素をつなげたものとみなすことができる。
【００３２】
したがって、図３（Ｃ）に示すように、ワイヤーハーネスは、複数の梁要素Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、…を複数のノードＮ１、Ｎ２、Ｎ３、…で結合したものとして表すことができる。梁要素に必要な特性値は以下の通りである。
【００３３】
長さｌ（図３（Ｂ）参照）
断面積Ａ（図３（Ｂ）参照）
断面２次モーメントＩ
断面２次極モーメントＪ（ねじり抵抗係数ともよばれている）
縦弾性係数Ｅ
横弾性係数Ｇ
なお、上記特性値に直接表れされていないが、それらを求めるために密度ρやポアソン比μ等も用いられる。
【００３４】
なお、本明細書中、長さｌ、断面積Ａ等のような、線条構造物等の外形を直接的に決定する物理特性に関するパラメータを外形パラメータとよび、それ以外の断面２次モーメントＩ、断面２次極モーメントＪ、縦弾性係数Ｅ及び横弾性係数Ｇ、密度ρ、ポアソン比μ等のような物理特性に関するパラメータを非外形パラメータとよぶものとする。
【００３５】
そして、図４に示すように、各梁要素Ｃ（Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、…）はそれぞれ、２つの節点α及び節点βを有する。３次元空間においては、節点αは、３つの並進成分と３つの回転成分を持つため、合計６つの自由度を持つ。また、節点βも同様である。したがって、梁要素Ｃは１２自由度を持つことになる。
【００３６】
なお、図中、
Ｆxi：ｉ番要素のｘｉ軸方向の節点力
Ｆyi：ｉ番要素のｙｉ軸方向の節点力
Ｆzi：ｉ番要素のｚｉ軸方向の節点力
Ｍxi：ｉ番要素のｘｉ軸周りの端モーメント（右ネジ方向を正とする）
Ｍyi：ｉ番要素のｙｉ軸周りの端モーメント（右ネジ方向を正とする）
Ｍzi：ｉ番要素のｚｉ軸周りの端モーメント（右ネジ方向を正とする）
Ｕxi：ｉ番要素のｘｉ軸方向の変位
Ｕyi：ｉ番要素のｙｉ軸方向の変位
Ｕzi：ｉ番要素のｚｉ軸方向の変位
θxi：ｉ番要素のｘｉ軸周りの角変位（右ネジ方向を正とする）
θyi：ｉ番要素のｙｉ軸周りの角変位（右ネジ方向を正とする）
θzi：ｉ番要素のｚｉ軸周りの角変位（右ネジ方向を正とする）
αは左側の節点、βは右側の節点
を示す。
【００３７】
ところで、ワイヤーハーネス等のような大変形をともなう構造力学では一般に有限要素法の平衡方程式は次式の形となる。
（[Ｋ]＋[ＫG]）｛ｘ｝＝｛Ｆ｝…（１）
ここで、[Ｋ]：全体剛性マトリックス（通常の線形、弾性の全体剛性マトリックス）、[ＫG]：全体幾何剛性マトリックス（初期応力マトリクス）、｛ｘ｝：変位ベクトル、｛Ｆ｝：荷重ベクトル（力ベクトルともよぶ）
【００３８】
但し、式（１）は代数的には非線形連立方程式となっているため、実際の数値解析においてはそのままで解くことはできない。そのため、荷重値を細分化して逐次加算していく増分方法を採ることになる（強制変位の場合も同様）。よって、式（１）の平衡方程式も下記の増分形式で表現することになる。
（[Ｋ]＋[ＫG]）｛Δｘ｝＝｛ΔＦ｝−（∫[Ｂ]Tσ0ｄＶ−｛Ｆ0｝）…（１）′
【００３９】
ここで、｛ΔＦ｝：増分荷重ベクトル、｛Δｘ｝：増分変位ベクトル、[Ｂ]T：線形項だけで形成される歪−変位マトリクスを転置したもので、要素の応力分布状況を表す、σ0：現荷重ステップ（ｎステップ）で発生している応力（断面力）、∫[Ｂ]Tσ0ｄＶ：要素に分布している応力を体積積分することで要素に節点に発生する力になる（内力項ともよぶ）、｛Ｆ0｝：現荷重ステップ段階までに積荷されている荷重ベクトル（積荷荷重ベクトルともよぶ）、∫[Ｂ]Tσ0ｄＶ−｛Ｆ0｝：残差ベクトル（現荷重ステップの外力ベクトルとそれによって生じている応力に由来する透過節点力の差）を示す。
【００４０】
なお、上記∫[Ｂ]Tσ0ｄＶに関しては、上記非特許文献２等にて周知であるので、ここでの詳細説明は省略する。
【００４１】
そして、各増分区間では平衡方程式は線形方程式とみなして計算し、その際、生じる不平衡力（式（１）′中の（∫[Ｂ]Tσ0ｄＶ−｛Ｆ0｝）を次ステップに進む前に反復法により許容範囲まで減少させることになる。これら一連のアルゴリズムとしては、例えば、ニュートン・ラプソン法等の公知の方法を利用する。
【００４２】
なお、形状予測のように強制変位を指定する場合には、平衡方程式左辺のうち、第２項の全体幾何剛性マトリックス[ＫG]を省く場合が良性となることも多く、本ケースでも省いている。
【００４３】
また、左辺第１項の全体剛性マトリックス[Ｋ]は各増分ステップで時々刻々と座標値を変更させながら書き替えられる各要素の剛性マトリックスを全体座標系に変換して集計されたものである。この基本となる要素剛性マトリックスの具体的な表現内容が下記の式（２）である。
【００４４】
【数１】
2006024079.tif 000003
【００４５】
ここで、適合条件と釣り合い条件について説明する。ここでは、簡単のために、図５（Ａ）に示すように、ワイヤーハーネスを３つの梁要素Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３で表すものとする。この場合、梁要素Ｃ１の節点１β及び梁要素Ｃ２の節点２αの変位は等しくなり、これら両節点に加わる力も釣り合うことになる。同様に、梁要素Ｃ２の節点２β及び梁要素Ｃ３の節点３αの変位も等しくなり、これら両節点に加わる力も釣り合うことになる。したがって、これら変位の連続性と力の釣り合いの条件を満たすことで、梁要素Ｃ１及びＣ２、梁要素Ｃ２及びＣ３を、図５（Ｂ）に示すように、結合することができる。
【００４６】
なお、図中、
Ｆxi：ｉ番要素のｘｉ軸方向の節点力
Ｆyi：ｉ番要素のｙｉ軸方向の節点力
Ｆzi：ｉ番要素のｚｉ軸方向の節点力
Ｍxi：ｉ番要素のｘｉ軸周りの端モーメント
Ｍyi：ｉ番要素のｙｉ軸周りの端モーメント
Ｍzi：ｉ番要素のｚｉ軸周りの端モーメント
Ｕxi：ｉ番要素のｘｉ軸方向の変位
Ｕyi：ｉ番要素のｙｉ軸方向の変位
Ｕzi：ｉ番要素のｚｉ軸方向の変位
θxi：ｉ番要素のｘｉ軸周りの角変位
θyi：ｉ番要素のｙｉ軸周りの角変位
θzi：ｉ番要素のｚｉ軸周りの角変位
を示し、
ｉ＝１α、１β、２α、２β、３α、３βである。
【００４７】
そして、図５（Ｂ）に示した梁要素Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３における上記変位の連続性と力の釣り合いを上記式（２）と同様の形式で示すと、以下の式（３）のようになる。
【００４８】
【数２】
2006024079.tif 000004
【００４９】
ここで、式（３）中の１２行１２列のマトリクスＭ１、Ｍ２及びＭ３は、上記式（２）で示したものと同様である。但し、マトリクスＭ１、Ｍ２及びＭ３が重なっている部分Ｍ１２及びＭ２３は、各マトリクスの各構成要素が足し合わされたものとなる。
【００５０】
なお、４つ以上の梁要素についても、同様に扱うことができる。このようにして、任意の数の梁要素に分割されるワイヤーハーネスの数式モデルを作成することができる。
【００５１】
ちなみに、上記式（３）を簡単に表すと、
［Ｋ］｛ｘ｝＝｛Ｆ｝…（４）
となる。
【００５２】
したがって、上記（３）や式（４）に基づき、変位ベクトル｛ｘ｝の各要素を求めることにより、経路、すなわち、ワイヤーハーネスの予測形状を計算することができる。また、各節点における力ベクトル｛Ｆ｝を求めることにより、すなわち、応力、歪み、反力、モーメント等を計算することができる。なお、上記のような一般的なマトリックス有限要素法は、例えば、上記非特許文献１中でも紹介されている。
【００５３】
次に、本発明における形状予測に必要なポアソン比、縦弾性係数及び横弾性係数の求め方の一例について以下に示す。図６（Ａ）は、断面２次モーメント及び縦弾性係数を測定する様子を示す図であり、図６（Ｂ）は、断面２次極モーメント及び横弾性係数を測定する様子を示す図である。
【００５４】
まず、長さｌ、断面積Ａ及び密度ρは、対象となるワイヤーハーネスを作成し、ノギス、メジャー、重量計等を用いて計測した後、簡単な算出により求めることができる。
【００５５】
また、縦弾性係数Ｅは、図６（Ａ）に示す測定方法を行う場合、次式（５）で表すことができる。
Ｅ＝ＦＬ3／３ＸＩ…（５）
【００５６】
また、断面２次モーメントＩは、上記のようにワイヤーハーネスを円形断面と仮定したので、次式（６）で表すことができる。
Ｉ＝πＤ4／６４…（６）
【００５７】
したがって、
Ｅ＝６４ＦＬ3／３ＸπＤ4…（７）
となる。
【００５８】
この測定では、
Ｅ＝（Ｆ／Ｘ）×（６４Ｌ3／３πＤ4）
として、Ｆとｘとの関係を測定することにより、縦弾性係数Ｅを求めることができる。
【００５９】
一方、横弾性係数Ｇは、図６（Ｂ）に示す測定方法を行う場合、次式（８）で表すことができる。
Ｇ＝（ＴＬ／θＪ）×２…（８）
【００６０】
断面２次極モーメントＪは、ワイヤーハーネスが円形断面と仮定したので、次式（９）で表すことができる。
Ｊ＝πＤ4／３２…（９）
【００６１】
また、ねじる力は、
Ｔ＝ＦＳ…（１０）
となる。
【００６２】
よって、
Ｇ＝（３２ＦＳＬ／θπＤ4）×２＝（Ｆ／θ）（３２ＳＬ／πＤ4）×２…（１１）
したがって、Ｆとθの関係を測定することにより、横弾性係数Ｇを求めることができる。
【００６３】
なお、横弾性係数Ｇと縦弾性係数Ｅとは、次式（１２）のような関係がある。
Ｇ＝Ｅ／２（１＋μ）…（１２）
ここで、μ：ポアソン比
を示す。
【００６４】
なお、上記測定方法は一例であり、上記測定例以外の方法によって、横弾性係数Ｇ及び縦弾性係数Ｅ各値を取得するようにしてもよい。
【００６５】
次に、上記理論、基本式及び測定値を利用して後述する処理手順にしたがってワイヤーハーネスの予測形状を計算及び出力して設計支援する、本発明に係るハードウエア構成について説明する。図７は、本発明の全実施形態に係るハードウエア構成を示すブロック構成図である。
【００６６】
図７に示すように、本発明では、マイクロコンピュータ２１、入力装置２２、表示装置２３、印字装置２４、記憶装置２５、通信インターフェース２６及びリードライト装置２７を含んで構成される、例えば、パーソナルコンピュータが用いられる。いうまでもなく、パーソナルコンピュータ以外のデスクトップコンピュータやスーパーコンピュータを用いてもよい。マイクロコンピュータ２１は、ＣＰＵ２１ａ（中央演算装置）、ブートプログラム等を記憶するＲＯＭ２１ｂ、各種処理結果を一時的に記憶するＲＡＭ２１ｃを含む。入力装置２２は上記各値等を入力するキーボード、マウス等であり、表示装置２３は処理結果を表示するＬＣＤやＣＲＴ等であり、印字装置２４は処理結果を印字するプリンタである。
【００６７】
また、記憶装置２５は、インストールされた本発明に係る配線設計支援プログラム２９ａ、このプログラム２９ａによる処理結果等を記憶するハードディスクドライブであり、通信インターフェース２６は外部装置との間で、例えば、インターネットやＬＡＮ回線等を用いてデータ通信を行うためのモデムボード等である。リードライト装置２７は、ＣＤやＤＶＤ等の記録媒体２９に格納される本発明に係る配線設計支援プログラム２９ａを読み込んだり、この配線設計支援プログラム２９ａによる計算結果を記録媒体２９に書き込む装置である。これらの各構成要素は、内部バス２８を介して接続されている。
【００６８】
マイクロコンピュータ２１は、リードライト装置２７にて読み込まれた配線設計支援プログラム２９ａを記憶装置２５にインストールする。また、電源が投入されると、マイクロコンピュータ２１は、ＲＯＭ２１ｂに記憶されるブートプログラムにしたがって起動され、インストールされている配線設計支援プログラム２９ａを立ちあげる。そして、マイクロコンピュータ２１は、配線設計支援プログラム２９ａにしたがって、ワイヤーハーネスの形状予測に係る処理をしたり、処理結果を表示装置２３や印字装置２４から出力させたり、処理結果を記憶装置２５や記録媒体２９に保存させたりする。配線設計支援プログラム２９ａは、上記基本構成を有する他のパーソナルコンピュータ等にもインストール可能であり、インストール後は、そのコンピュータを配線設計支援装置として機能させる。なお、配線設計支援プログラム２９ａは、記録媒体２９のみならず、インターネットやＬＡＮ等の通信回線を経由して提供されたものであってもよい。
【００６９】
続いて、図８及び図９を用いて、本発明の一実施形態に係る処理手順について説明する。図８は、本発明の一実施形態に係る処理手順を示すフローチャートである。図９（Ａ）〜図９（Ｃ）はそれぞれ、図８の各処理過程においてワイヤーハーネスが変形する状態を示す図である。
【００７０】
まず、図８に示すステップＳ１においては、マイクロコンピュータ２１は、上述した手法を用いて、図９（Ａ）に示すように、設計対象となるワイヤーハーネスに対応する有限要素モデルを作成する。有限要素モデルは、例えば、図中、１ａに示すように、１ａ０〜１ａ８を節点とする複数の梁要素で構成される。各節点１ａ０〜１ａ８はそれぞれ、均等間隔で割り当てられているものとする。有限要素モデルは、数式では、上記式（１）′で表すことができる。ステップＳ１は、請求項中の有限要素モデル作成工程、有限要素モデル作成手段に対応する。
【００７１】
次に、ステップＳ２においては、設計対象となるワイヤーハーネスの外形パラメータ及び非外形パラメータが設定される。外形パラメータとしては上記長さｌ及び断面積Ａが設定され、非外形パラメータとしては、断面２次モーメントＩ、断面２次極モーメントＪ、ポアソン比μ、密度ρ、縦弾性係数Ｅ及び横弾性係数Ｇが設定される。これらは、上記のようにして予め計測或いは求められている値が利用される。ここで設定される値は、上記式（１）′中の剛性マトリクス［Ｋ］中の各要素に係わる。外形パラメータ及び非外形パラメータは、請求項中の物理特性に対応する。なお、図示しないが、この計算に係る各種制御値等も設定される。
【００７２】
次に、ステップＳ３においては、上記有限要素モデルに対して、入力装置２２等を利用して初期拘束条件が設定されて、マイクロコンピュータ２１に取り込まれる。ここで設定される初期拘束条件は、任意の初期形状に対応するものである。ここで設定される拘束条件としては、各節点１ａ０〜１ａ８に対して、図２で示したような拘束種類（完全拘束、回転拘束、完全自由等）や座標等が設定される。各節点１ａ０〜１ａ８としては、コネクタやクリップ等の支持部材が取り付けられる部位等が割り当てられる。なお、拘束種類の設定には、図２で示したように、コネクタ、固定クリップ等の支持部材名を利用してもよい。ここで設定される各値は、上記式（１）′中のベクトル｛Δｘ｝中の各要素に係わる。
【００７３】
具体的には、固定点及び制御点にそれぞれ対応する節点１ａ０及び１ａ８の拘束種類は完全拘束とし、これ以外の節点１ａ１〜１ａ７の拘束種類は完全自由とする。但し、制御点に対応する１ａ８は所定量づつ変位されるものとする。なお、以降の説明では、制御点に対応する節点１ａ８を単に制御点１ａ８とよび、固定点に対応する節点１ａ０を単に固定点１ａ０とよぶこともある。
【００７４】
次に、ステップＳ４において、マイクロコンピュータ２１は、上述のような各設定値に応じた初期形状１ａを計算し、ステップＳ５において、、図９（Ａ）に示すように、計算された初期形状１ａを表示装置２３に出力させる。計算結果は、表示装置２３のみならず、印字装置２４にも出力したり、記録媒体２９に記録されるようにすることが好ましい。出力イメージは、例えば、形状１ａにワイヤーハーネスの太さやクランプの形状を肉付けしたものとする。初期形状は、基本的に、上記拘束条件に含まれる座標情報に基づいて計算可能である。
【００７５】
なお、対象となるワイヤーハーネスの初期形状における、初期積荷荷重ベクトル及び初期内力項に相当する値が予めわかっているときには、それらをここで設定して、マイクロコンピュータ２１に取り込ませるようにしてもよい。この場合、初期積荷荷重ベクトル及び初期内力項はそれぞれ、上記式（１）′中の｛Ｆ0｝及び∫[Ｂ]Tσ0ｄＶの初期値となる。この処理は、請求項中の初期荷重取得工程、初期荷重取得手段に対応する。
【００７６】
例えば、ワイヤーハーネスメーカからカーメーカへワイヤーハーネスを納入する際には、コンテナに梱包して納入されるが、コンテナから取り出したワイヤーハーネスを車両に配策する場合、コンテナの中でどのように折り曲げられていたかにより初期形状や初期積荷荷重ベクトル及び初期内力項が変わってくる。このような初期形状を出発点として予測形状に反映させることにより、より現実に即した予測形状を計算することが可能になる。
【００７７】
但し、ここでは、対象となるワイヤーハーネスの初期形状１ａが、真っ直ぐに伸ばされた状態であり、且つ、初期積荷荷重ベクトル及び初期内力項が共に（増分荷重ベクトルもいうまでもなく）、ゼロに設定されている。
【００７８】
次に、ステップＳ６において、図９（Ａ）に示すように、制御点１ａ８を、例えば、１ｂ８に示す次点に変位する。この制御点１ａ８の変位量は、上記式（１）′中の｛Δｘ｝の要素の一部に対応する。制御点の変位は、１ａ８、１ｂ８、１ｃ８、１ｚ８を予め登録しておき、この通りにマイクロコンピュータ２１が自動変位するようにしてもよいし、適宜、マウス等の入力装置２２を利用して設定するようにしてもよい。ステップＳ６は、請求項中の制御点変位工程、制御点変位手段に対応する。
【００７９】
次に、ステップＳ７において、マイクロコンピュータ２１は、増分変位ベクトルを計算する。増分変位ベクトルは、上記式（１）′中の｛Δｘ｝に対応する。補足すると、ベクトル｛Δｘ｝の各要素に、上記制御点１ａ８の変位量や既知値を与え、式（１）′に基づいて、ベクトル｛Δｘ｝の全要素の値を求める。このとき、式（１）′の右辺に含まれる、｛ΔＦ｝、∫[Ｂ]Tσ0ｄＶ及び｛Ｆ0｝の値がわかっているときには、それらの値を与えて、ベクトル｛Δｘ｝の全要素の値を求める。
【００８０】
例えば、上述のように、初期形状に対応する初期積荷荷重ベクトル（｛Ｆ0｝に相当）及び初期内力項（∫[Ｂ]Tσ0ｄＶに相当）が共にゼロに設定されている場合には（｛ΔＦ｝もいうまでもなくゼロ）、式（１）′の右辺をゼロとして、ベクトル｛Δｘ｝の全要素の値が求められることになるし、｛ΔＦ｝、∫[Ｂ]Tσ0ｄＶ及び｛Ｆ0｝の値が計算或いは設定によりわかっている場合には、それらの値を式（１）′の右辺に適用して、ベクトル｛Δｘ｝の全要素の値が求められることになる。
【００８１】
次に、ステップＳ８において、マイクロコンピュータ２１は、内力項を計算する。内力項は上記式（１）′中の∫[Ｂ]Tσ0ｄＶに対応するが、内力項は上記ステップＳ７で計算された増分変位ベクトル｛Δｘ｝から周知の手法を利用して求めることができる。
【００８２】
次に、ステップＳ９において、マイクロコンピュータ２１は、増分荷重ベクトルを計算する。増分荷重ベクトルは、上記式（１）′中の｛ΔＦ｝に対応する。増分荷重ベクトル｛ΔＦ｝は、この増分荷重ベクトル｛ΔＦ｝と上記積荷荷重ベクトル｛Ｆ0｝との和である外力と、上記内力項∫[Ｂ]Tσ0ｄＶとが釣り合った状態になるものとして求めることができる。ステップＳ９は、請求項中の荷重計算工程、荷重計算手段に対応する。
【００８３】
次に、ステップＳ１０において、マイクロコンピュータ２１は、上記ステップＳ７で計算された増分変位ベクトル｛Δｘ｝を前形状に対応する座標に加えて、有限要素モデルが物理的に釣り合った状態である途中形状１ｂを計算し、ステップＳ１１において、図９（Ｂ）に示すように、計算された途中形状１ｂを表示装置２３に出力させる。計算結果は、表示装置２３のみならず、印字装置２４にも出力したり、記録媒体２９に記録されるようにすることが好ましい。出力イメージは、例えば、形状１ａにワイヤーハーネスの太さやクランプの形状を肉付けしたものとする。ステップＳ１０及びステップＳ１１はそれぞれ、請求項中の予測形状計算工程予測形状計算手段、及び予測形状出力工程、予測形状出力手段に対応する。
【００８４】
そして、ステップＳ１２において、マイクロコンピュータ２１は、制御点、例えば、１ｂ８が最終目標点１ｚ８に到達したか否かを判定する。ここで、制御点が最終目標点１ｚ８に到達していれば（ステップＳ１２のＹ）、上記ステップＳ１０で計算した途中形状を最終形状として一連の処理を終了し、制御点が未だ最終目標点１ｚ８に到達してなければ（ステップＳ１２のＮ）、ステップＳ１３に進む。
【００８５】
ステップＳ１３においては、マイクロコンピュータ２１は、積荷荷重ベクトルを計算する。積荷荷重ベクトルは上記式（１）′中の｛Ｆ0｝に対応するが、現在の積荷荷重ベクトル（例えば、初期積荷荷重ベクトルはゼロ）に、上記ステップＳ９で計算された増分荷重ベクトル｛ΔＦ｝を加えることにより求めることができる。なお、ステップＳ８及びステップＳ１３の処理により、前形状に分布する応力、すなわち、荷重の引き継ぎが行われていることになる。
【００８６】
そして、ステップＳ６、ステップＳ７に戻って、マイクロコンピュータ２１は、上述したような方法と同様にして、次点に変位された制御点に対応する増分変位ベクトルを計算し、内力項を計算し、増分荷重ベクトルを計算し、途中形状を計算して出力する。このようにして、図９（Ｂ）及び図９（Ｃ）に示すように、マイクロコンピュータ２１は、制御点が最終目標点１ｚ８に到達するまで、前形状に分布する応力を引き継ぎいだ予測形状１ｂ、１ｃ、１ｄを、逐次、計算し出力していく。
【００８７】
なお、図９（Ａ）の節点１ｂ０、１ｂ１、１ｂ２、１ｂ３、１ｂ４、１ｂ５、１ｂ６、及び１ｂ７は、制御点１ａ８の１ｂ８への変位にともなう、節点１ａ０、１ａ１、１ａ２、１ａ３、１ａ４、１ａ５、１ａ６、及び１ａ７の変位を示すものである。
【００８８】
また、図９（Ｂ）の節点１ｃ０、１ｃ１、１ｃ２、１ｃ３、１ｃ４、１ｃ５、１ｃ６、及び１ｃ７は、制御点の１ｂ８から１ｃ８への変位にともなう、節点１ｂ０、１ｂ１、１ｂ２、１ｂ３、１ｂ４、１ｂ５、１ｂ６、及び１ｂ７の変位を示すものである。
【００８９】
また、図９（Ｃ）の節点１ｚ０、１ｚ１、１ｚ２、１ｚ３、１ｚ４、１ｚ５、１ｚ６、及び１ｚ７は、制御点の１ｃ８から１ｚ８への変位にともなう、節点１ｃ０、１ｃ１、１ｃ２、１ｃ３、１ｃ４、１ｃ５、１ｃ６、及び１ｃ７の変位を示すものである。
【００９０】
なお、上述の処理手順では、制御点１ａ８を、１ｂ８、１ｃ８及び１ｚ８というふうに、強制変位させた場合の予測形状の計算方法を例示したが、制御点１ａ８に所定の力を加えて変位させていった場合の予測形状の計算方法も、上述の処理手順に準じたものとなる。この場合には、上記ステップＳ６において、制御点を強制変位させる替わりに、制御点に所定の力を加えて変位させるようにする。そして、上述したような方法と略同様にして、力を加えて次点に変位された制御点に対応する増分変位ベクトルを計算し、内力項を計算し、増分荷重ベクトルを計算し、途中形状を計算して出力するという手順を、制御点が最終目標点に到達するまで繰り返す。但し、増分変位ベクトルを計算するときには（ステップＳ７）、式（１）′の左辺のベクトル｛Δｘ｝の制御点に対応する要素が未知値となる替わりに、式（１）′の右辺の｛ΔＦ｝の制御点に対応する要素が既知値になる。
【００９１】
以上のように、本発明の実施形態によれば、前形状に分布する応力、すなわち、荷重を引き継いだワイヤーハーネスの予測形状が計算されて出力される。例えば、予測形状１ｂは初期形状１ａに分布する応力を引き継いだ形状であり、予測形状１ｃは予測形状１ｂに分布する応力を引き継いだ形状であり、最終形状１ｚは予測形状１ｃに分布する応力を引き継いだ形状となっている。したがって、本発明の一実施形態によれば、より現実に近いワイヤーハーネスの予測形状を計算することができる。
【００９２】
なお、上記実施形態では、線条構造物として車両内に配線されるワイヤーハーネスを例示して説明したが、本発明は、このようなワイヤーハーネスのみならず、ワイヤーハーネスよりもシンプルな構造の車両外に配線されるホースやチューブ、或いは、一般電線や１本の電線等にも同様に適用可能であることはいうまでもない。すなわち、本発明の線条構造物とは、これらホース、チューブ、一般電線、１本の電線等も含むものである。また、本発明は、枝線を有するワイヤーハーネス等にも適用可能である。また、本発明は、円形断面のみならず、矩形断面、円環断面、楕円断面、Ｈ字断面等の線条構造物に対しても、同様に適用可能である。すなわち、本発明が適用される線条構造物は、円形断面に限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】対象となるワイヤーハーネスの例を概略的に示す図である。
【図２】ワイヤーハーネスに取り付けられる代表的な支持部材と拘束自由度との関係を示す図である。
【図３】図３（Ａ）は、ワイヤーハーネスの外観を示す図であり、図３（Ｂ）は、図３（Ａ）のワイヤーハーネスを離散化した様子を示す図であり、図３（Ｃ）は、図３（Ａ）のワイヤーハーネスを梁要素と節点とで表した図である。
【図４】梁要素と節点とで表したワイヤーハーネスにおける自由度を説明するための図である。
【図５】図５（Ａ）は、ワイヤーハーネスを３つの梁要素で表した図であり、図５（Ｂ）は、図５（Ａ）の３つの梁要素を結合した状態を示す図である。
【図６】図６（Ａ）は、断面２次モーメント及び縦弾性係数を測定する様子を示す図であり、図６（Ｂ）は、断面２次極モーメント及び横弾性係数を測定する様子を示す図である。
【図７】全実施形態に係るハードウエア構成の一例を示すブロック構成図である。
【図８】本発明の一実施形態に係る処理手順を示すフローチャートである。
【図９】図９（Ａ）〜図９（Ｃ）はそれぞれ、図８の各処理過程においてワイヤーハーネスが変形する状態を示す図である。
【符号の説明】
【００９４】
１  ワイヤーハーネス（線条構造物）
２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ  コネクタ
３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ  クリップ
４  分岐点
２１  マイクロコンピュータ
２２  入力装置
２３  表示装置
２４  印字装置
２５  記憶装置
２６  通信インターフェース
２７  リードライト装置
２８  内部バス
Ｃ１〜Ｃ７  梁要素
Ｎ１〜Ｎ８  節点（ノード）
【図１】
2006024079.tif 000005
【図２】
2006024079.tif 000006
【図３】
2006024079.tif 000007
【図４】
2006024079.tif 000008
【図５】
2006024079.tif 000009
【図６】
2006024079.tif 000010
【図７】
2006024079.tif 000011
【図８】
2006024079.tif 000012
【図９】
2006024079.tif 000013