(57)【要約】【課題】本発明は、構造体の共振周波数の予測を支援するための技術を提供することを目的とする。【解決手段】構造体の各構成要素の設計情報に基づいて、構造体を、該構造体における共振周波数の測定点に位置する測定点質量ｍとバネ定数ｋからなるバネマス系にモデル化し、該バネマス系のバネ定数ｋ及び測定点質量ｍに基づいて構造体の共振周波数を演算する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造体の各構成要素の設計情報を入力する設計情報入力部と、
前記構造体を、前記構造体における共振周波数の測定点に位置する測定点質量ｍとバネ定数ｋとからなるバネマス系にモデル化したときの、前記バネ定数ｋを、予め定められたバネ定数演算式に前記各構成要素の設計情報を代入することで演算し、前記測定点質量ｍを、予め定められた測定点質量演算式に前記各構成要素の設計情報を代入することで演算するバネマス演算部と、
前記バネマス演算部によって演算された前記バネ定数ｋと前記測定点質量ｍとを予め定められた共振周波数演算式に代入することで、前記構造体の共振周波数を演算する共振周波数演算部と、
を備えることを特徴とする共振周波数予測システム。
【請求項２】
前記各構成要素の設計情報の変更量に対する前記構造体の共振周波数の変化の度合いである感度を演算する感度演算部をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の共振周波数予測システム。
【請求項３】
前記バネ定数演算式及び前記測定点質量演算式が前記構造体の仕様毎に定められており、
前記構造体の仕様を入力する仕様入力部と、
前記構造体の仕様毎に定められた複数のバネ定数演算式及び測定点質量演算式から前記バネマス演算部での演算に用いる各演算式を前記構造体の仕様に応じて選定する演算式選定部と、
をさらに備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の共振周波数予測システム。
【請求項４】
前記各構成要素の設計情報が、前記各構成要素の寸法、質量、及び重心のうちの少なくとも寸法を含んでいることをことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の共振周波数予測システム。
【請求項５】
前記構造物が車両のシートであることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の共振周波数予測システム。
【請求項６】
構造体を、前記構造体における共振周波数の測定点に位置する測定点質量ｍとバネ定数ｋとからなるバネマス系にモデル化したときの、前記バネ定数ｋを、予め定められたバネ定数演算式に前記構造体の各構成要素の設計情報を代入することで演算し、前記測定点質量ｍを、予め定められた測定点質量演算式に前記構造体の各構成要素の設計情報を代入することで演算するバネマス演算ステップと、
前記バネマス演算ステップにおいて演算された前記バネ定数ｋと前記測定点質量ｍとを予め定められた共振周波数演算式に代入することで、前記構造体の共振周波数を演算する共振周波数演算ステップと、
を有することを特徴とする共振周波数予測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、構造体（例えば、車両のシートやフレーム）の共振周波数を予測する共振周波数予測システム及び共振周波数予測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、構造体の設計段階において、その共振周波数を予測する方法として、ＦＥＭ解析手法等を用いる方法が知られている。しかしながら、ＦＥＭ解析手法は、構造体のモデル化や計算、解析に非常に多くの工数を必要とする。そのため、構造体の形状を変更する度に共振周波数を予測しようとすると莫大な時間がかかることになる。従って、例えば、構造体の各構成要素の寸法や質量を変更した場合の共振周波数への影響（感度）を求める場合にも、莫大な時間がかかることになる。
【０００３】
加えて、ＦＥＭ解析手法における構造体のモデル化には、専門的知識や十分な経験を必要とするため、モデル化手法を習得した専任者でなければ、共振周波数の予測を行なうことは困難である。さらに、設計初期段階のように、構造体の詳細な形状を表す図面が完成していないような場合には、ＦＥＭ解析手法を用いることはできない。
【０００４】
尚、特許文献１には、ＦＥＭ解析手法を用いて構造物の固有振動数等の振動解析を行い、さらに、構造物の設計パラメータを変更したときの固有振動数等の変化量を求める技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平４−２１８７３２号公報
【特許文献２】特開平５−３１２６９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであって、構造体の共振周波数の予測を支援するための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】
【０００７】
本発明は、構造体を、該構造体における共振周波数の測定点に位置する測定点質量ｍとバネ定数ｋからなるバネマス系にモデル化し、該バネマス系のバネ定数ｋ及び測定点質量ｍに基づいて構造体の共振周波数を演算するものである。
【０００８】
より詳しくは、本発明に係る共振周波数予測システムは、
構造体の各構成要素の設計情報を入力する設計情報入力部と、
前記構造体を、前記構造体における共振周波数の測定点に位置する測定点質量ｍとバネ定数ｋとからなるバネマス系にモデル化したときの、前記バネ定数ｋを、予め定められたバネ定数演算式に前記各構成要素の設計情報を代入することで演算し、前記測定点質量ｍを、予め定められた測定点質量演算式に前記各構成要素の設計情報を代入することで演算するバネマス演算部と、
前記バネマス演算部によって演算された前記バネ定数ｋと前記測定点質量ｍとを予め定められた共振周波数演算式に代入することで、前記構造体の共振周波数を演算する共振周波数演算部と、
を備えることを特徴とする。
【０００９】
ここで、バネ定数演算式及び測定点質量演算式は、過去に設計された同種の構造体の解析データに基づいて導出される重回帰式でもよく、また理論式として求めることもできる。また、バネマス系の共振周波数をバネ定数と質量とから算出するための共振周波数演算式は理論式として求めることができる。従って、構造体をバネ定数ｋと測定点質量ｍとからなるバネマス系にモデル化すれば、該バネ定数ｋ及び測定点質量ｍを予め定められた共振周波数演算式に代入することで、構造体の共振周波数を演算することができる。
【００１０】
本発明によれば、設計者自身がＦＥＭ解析手法等の複雑な解析手法を用いることなく、構造体の共振周波数を容易に予測することができる。
【００１１】
本発明に係るシステムは、前記各構成要素の設計情報の変更量に対する前記構造体の共振周波数の変化の度合いである感度を演算する感度演算部をさらに備えてもよい。これによれば、構造体の共振周波数も容易に導出することが可能となる。
【００１２】
本発明に係るシステムにおいては、前記バネ定数演算式及び前記測定点質量演算式が前記構造体の仕様毎に定められていてもよい。この場合、本発明に係るシステムは、仕様入力部と演算式選定部とをさらに備えてもよい。仕様入力部には前記構造体の仕様が入力される。演算式選定部は、前記構造体の仕様毎に定められた複数のバネ定数演算式及び測定点質量演算式から前記バネマス演算部での演算に用いる各演算式を前記構造体の仕様に応じて選定する。
【００１３】
上記の場合、構造体の形状や構成要素の材質等に基づいて複数の仕様が予め設定されている。また、バネ定数演算式及び測定点質量演算式が該仕様毎に定められている。そして、仕様入力部には、共振周波数の予測対象となる構造体が属する仕様が入力される。構造体の仕様に応じたバネ定数演算式及び測定点質量演算式を用いてバネ定数ｋと測定点質量ｍとを演算することで、これらの値をより高精度で導出することができる。その結果、構造体の共振周波数をより高精度で導出することが可能となる。
【００１４】
前記各構成要素の設計情報は、前記各構成要素の寸法、質量、及び重心のうちの少なくとも寸法を含んでいてもよい。設計情報入力部に入力される設計情報が寸法のみの場合であっても、構成部材の密度と該寸法とに基づいて構成部材の質量を求めることができる。また、構成部材の質量に基づいて構成部材の重心を求めることができる。また、前記構造物は車両のシートであってもよい。
【００１５】
本発明は、共振周波数予測方法として捉えることもできる。例えば、本発明の一態様としての共振周波数予測方法は、
構造体を、前記構造体における共振周波数の測定点に位置する測定点質量ｍとバネ定数ｋとからなるバネマス系にモデル化したときの、前記バネ定数ｋを、予め定められたバネ定数演算式に前記構造体の各構成要素の設計情報を代入することで演算し、前記測定点質量ｍを、予め定められた測定点質量演算式に前記構造体の各構成要素の設計情報を代入することで演算するバネマス演算ステップと、
前記バネマス演算ステップにおいて演算された前記バネ定数ｋと前記測定点質量ｍとを予め定められた共振周波数演算式に代入することで、前記構造体の共振周波数を演算する共振周波数演算ステップと、
を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、構造体の共振周波数をより容易に導出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施形態に係る共振周波数予測システムの基本部の概略構成を示すブロック図である。
【図２】実施形態に係る、共振周波数の予測対象となるシートをモデル化するバネマス系の一例を示す図である。
【図３】実施形態に係る共振周波数予測システムの付加機能部の概略構成を示すブロック図である。
【図４】実施形態に係る共振周波数予測システムの入出力部の一例を示す図である。
【図５】実施形態に係る共振周波数の予測対象となるシートを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。本実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置等は、特に記載がない限りは発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【００１９】
ここでは、本発明を車両のシートの共振周波数の予測に適用した場合を例に挙げて説明する。ただし、本発明は、車両のシート以外の構造体（例えば車両のフレーム）の共振周波数の予測にも適用することができる。
【００２０】
（システムの基本部の概略構成）
本実施形態に係る共振周波数予測システムは基本部及び付加機能部を備えている。図１は、本実施形態に係る共振周波数予測システムの基本部の概略構成を示すブロック図である。本実施形態に係る共振周波数予測システムの基本部１０１０は、入力部２００、演算部３００、及び出力部４００を備えている。
【００２１】
入力部２００は、設計情報入力部２０１及び仕様入力部２０４を備えている。シートは複数の構成部材から構成されている。設計情報入力部２０１には、共振周波数の予測対象となるシート（以下、予測対象シートと称する）を構成する各構成部材の設計情報が入力される。本実施形態においては、設計情報入力部２０１に入力される設計情報を各構成部材の寸法（例えば板厚）及び質量とする。設計情報入力部２０１は、各構成部材の寸法が入力される寸法入力部２０２及び各構成部材の質量が入力される質量入力部２０３を有している。尚、図１では、各構成部材の寸法を「Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，・・・」で表しており、各構成部材の質量を、「ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，・・・」で表している。
【００２２】
ただし、入力部２００に入力される設計情報は、各構成部材の寸法及び質量に限られるものではない。例えば、各構成部材の寸法及び質量に加えて、シートを形成したときの各構成部材の重心位置を設計情報として入力してもよい。入力された重心位置を、後述する演算部３００での演算に用いることで、予測対象シートの共振周波数をより高精度で予測することが可能となる。また、入力部２００に入力される設計情報を各構成部材の寸法のみとしてもよい。入力された寸法から各構成部材の質量を計算により算出することができる。また、シートを形成したときの各構成部材の取り付け位置が予め決められていれば、各構成部材の重心位置も計算により算出することができる。
【００２３】
また、本実施形態では、過去に設計されたシートの形状や構成部材の材質等に基づいて複数のシート仕様が予め設定されている。仕様入力部２０４には、予測対象シートが属するシート仕様が入力される。尚、図１では、シート仕様を「Ｉ」で表している。ただし、シート仕様の入力は必ずしも必要なものではない。しかしながら、後述する演算部３００においてシート仕様に応じた演算を行なうことで、予測対象シートの共振周波数をより高精度で予測することが可能となる。
【００２４】
演算部３００は、演算式格納部３０１、演算式選定部３０２、バネ定数演算部３０３、測定点質量演算部３０４、及び共振周波数演算部３０５を備えている。演算部３００では、入力部２００に入力された各データに基づいて、予測対象シートが図２に示すようなバネマス系にモデル化される。そして、該モデル化されたバネマス系のバネ定数ｋ及び測定点質量ｍに基づいて予測対象シートの共振周波数が演算される。尚、本発明において、構造体をモデル化するバネマス系は、図２に示すようなものに限られるものではない。共振周波数を予測する構造体に適したバネマス系を設定すればよい。
【００２５】
ここで、図２に示す測定点とは、予測対象シートにおいて共振周波数を測定する位置のことである。測定点質量ｍは、予測対象シート全体の質量を該測定点に存在する質量に換算した場合の質量である。仮に測定点を予測対象シートの重心位置とすれば、測定点質量ｍは予測対象シート全体の質量と同一となる。しかしながら、測定点が予測対象シートの重心と異なる位置であれば、その位置に応じて予測対象シート全体の質量を換算して測定点質量ｍを導出する必要がある。また、バネ定数ｋは、予測対象シート全体の剛性に応じた値である。測定点質量ｍは、予測対象シートの各構成部材の質量に応じて変化する。また、バネ定数ｋは、予測対象シートの各構成部材の寸法に応じて変化する。
【００２６】
演算式格納部３０１には、シート仕様毎に予め定められた複数のバネ定数演算式及び測定点質量演算式が格納されている。バネ定数演算式は、シートの各構成部材の寸法とバネ定数との関数である。測定点質量演算式は、シートの各構成部材の質量と測定点質量との関数である。尚、設計情報入力部２０１に、各構成部材の重心位置が入力される場合、測定点質量演算式は、シートの各構成部材の質量及び重心位置と測定点質量との関数であってもよい。
【００２７】
バネ定数演算式及び測定点質量演算式は、例えば、過去に設計されたシートについての実測データ又はＦＥＭ解析手法等の解析手法によって得られた解析データを重回帰分析することで導出することができる。また、これらの演算式は理論式として導出することもできる。また、各演算式は複数の式を有するものであってもよい。例えば、測定点質量演算式は、各構成部材の重心をそれぞれの質量に基づいて算出する式と、各構成部材の重心位置に基づいてシートの重心位置を算出する式と、シートの重心位置と測定点との位置関係及びシート全体の質量に基づいて測定点質量を算出する式とを有してもよい。
【００２８】
演算式選定部３０２では、仕様入力部２０４に入力されたシート仕様に対応したバネ定数演算式及び測定点質量演算式が、演算式格納部３０１に格納された複数の演算式から選定される。尚、入力部２００にシート仕様が入力されるものでない場合は、演算式格納部３０１に格納されるバネ定数演算式及び測定点質量演算式はそれぞれ一つのみであるため、演算式選定部３０２は不要である。
【００２９】
バネ定数演算部３０３においては、演算式選定部３０２によって選定されたバネ定数演算式を用いてバネマス系のばね定数ｋの演算が行なわれる。つまり、該バネ定数演算式に、寸法入力部２０２に入力された各構成部材の寸法を代入することで、ばね定数ｋが算出される。
【００３０】
測定点質量演算部３０４においては、演算式選定部３０２によって選定された測定点質量演算式を用いてバネマス系の測定点質量ｍの演算が行なわれる。つまり、該測定点質量演算式に、質量入力部２０３に入力された各構成部材の質量（及び重心位置）を代入することで、測定点質量ｍが算出される。
【００３１】
共振周波数演算部３０５においては、バネ定数演算部３０３で算出されたバネ定数ｋと測定点質量演算部３０４で算出された測定点質量ｍとに基づいて予測対象シートの共振周
波数が演算される。具体的には、図２に示すバネマス系についての共振周波数とバネ定数ｋ及び測定点質量ｍとの関数である共振周波数演算式にバネ定数ｋ及び測定点質量ｍそれぞれの算出値を代入することで共振周波数が算出される。ここで、共振周波数演算式は図２に示すバネマス系についての理論式として予め定められたものである。また、本実施形態では、共振周波数演算部３０５において、シートの前後方向の共振周波数ｆｘ０とシートの左右方向の共振周波数ｆｙ０とが算出される。
【００３２】
出力部４００には、共振周波数演算部３０５において算出されたシートの前後方向の共振周波数ｆｘ０とシートの左右方向の共振周波数ｆｙ０とが出力される。
【００３３】
（システムの付加機能部の概略構成）
図３は、本実施形態に係る共振周波数予測システムの付加機能部の概略構成を示すブロック図である。本実施形態に係る共振周波数予測システムの付加機能部１０２０は、予測対象シートにおける各構成部材の設計情報の変更量に対する共振周波数の変化の度合いである感度を導出する機能を有する。共振周波数予測システムの付加機能部１０２０は、設計情報変更値演算部５００、感度演算部６００、及び感度出力部７００を備えている。
【００３４】
設計情報変更値演算部５００では、基本部１０１０の入力部２００における寸法入力部２０２及び質量入力部２０３に入力された各構成部材の寸法及び質量を所定の比率で変更した場合の設計情報変更値が演算される。設計情報変更値は、例えば、寸法を１０％増加又は減少させた値、質量を１０％増加又は減少させた値である。尚、以下においては、寸法を１０％増加させた値を寸法１１０％値と称し、質量を１０％増加させた値を質量１１０％値と称する。尚、図３においては、各構成部材の寸法１１０％値を「Ａ１１０，Ｂ１１０，Ｃ１１０，Ｄ１１０，Ｅ１１０，・・・」で表しており、各構成部材の質量１１０％値を「ａ１１０，ｂ１１０，ｃ１１０，ｄ１１０，ｅ１１０，・・・」で表している。
【００３５】
そして、設計情報変更値演算部５００で算出された設計情報変更値に基づいて、基本部１０１０の演算部３００において、上述した予測対象シートの共振周波数を演算した際と同様の方法により設計情報変更後の共振周波数が演算される。例えば、一つの構成部材の寸法を１０％増加又は減少させたときの共振周波数、或いは一つの構成部材の質量を１０％増加又は減少させたときの共振周波数が、構成部材毎に演算される。尚、図３においては、寸法１１０％値の場合における前後方向の共振周波数を「ｆｘＡ１１０，ｆｘＢ１１０，・・・」で表しており、左右方向の共振周波数を「ｆｙＡ１１０，ｆｙＢ１１０，・・・」で表している。また、図３においては、質量１１０％値の場合における前後方向の共振周波数を「ｆｘａ１１０，ｆｘｂ１１０，・・・」で表しており、左右方向の共振周波数を「ｆｙａ１１０，ｆｙｂ１１０，・・・」で表している。
【００３６】
感度演算部６００には感度演算式が記憶されている。そして、感度演算部６００において、上記のように算出された設計情報変更後の共振周波数と、基本部１０１０の出力部４００に出力された現状の設計情報に対応した共振周波数ｆｘ０，ｆｙ０とに基づいて、各構成部材毎に寸法又は質量についての共振周波数の感度が演算される。感度演算式としては、構成部材の設計情報の変更量に対する共振周波数の変化の度合いを求めることができればどの様な式を用いてもよい。例えば、寸法１１０％値の場合における前後方向の共振周波数（ｆｘＡ１１０，ｆｘＢ１１０，・・・）を共振周波数ｆｘ０から減算することでその増減量を算出し、その増減量を寸法を１０％増加させたときの前後方向の共振周波数の感度として構成部材毎に算出してもよい。左右方向の共振周波数についても、或いは、寸法を１０％減少させた場合、質量を１０％増加又は減少させた場合についても、同様の方法で構成部材毎に感度を算出することができる。
【００３７】
感度出力部７００には、感度演算部６００において算出された共振周波数の感度が出力
される。尚、図３においては、寸法１１０％値の場合における前後方向の共振周波数の感度を「ΔｆｘＡ１１０，ΔｆｘＢ１１０，・・・」で表しており、左右方向の共振周波数の感度を「ΔｆｙＡ１１０，ΔｆｙＢ１１０，・・・」で表している。また、図３においては、質量１１０％値の場合における前後方向の共振周波数の感度を「Δｆｘａ１１０，Δｆｘｂ１１０，・・・」で表しており、左右方向の共振周波数の感度を「Δｆｙａ１１０，Δｆｙｂ１１０，・・・」で表している。
【００３８】
（本実施形態に係るシステムの利点）
本実施形態に係る共振周波数予測システムによれば、各構成部材の設計情報及びシート仕様を入力部２００に入力すれば、共振周波数及び感度が出力部２００、７００に出力される。従って、本実施形態に係る共振周波数予測システムを用いることで、設計者自身がＦＥＭ解析手法等の複雑な解析手法を用いることなく、シートの共振周波数を容易に予測することができる。また、入力部２００に入力すべき各構成部材の設計情報が決まれば、シートの詳細な形状を表す図面がなくとも共振周波数を予測することができる。さらに、共振周波数の予測のみならず、共振周波数の感度も予測することができる。
【００３９】
（入出力部の一例）
図４は、本実施形態に係る共振周波数予測システムの入力部及び出力部の一例を示す図である。図４は、図５に示すシートの予測対象シートとした場合を表している。図５に示すシートを予測対象シートとした場合、共振周波数予測システムにおいては、該シートの車体への取り付け位置を基準点とし、該シートにおける任意の部分を共振周波数の測定点として、図２に示すバネマス系へのモデル化が行なわれる。
【００４０】
図４に示す入出力部には、予測対象シートの各構成部材（α，β，γ，δ，ε等）の寸法（板厚）及び質量が寸法入力部及び質量入力部にそれぞれ入力される。また、予測対象シートの仕様（Ｉ）が仕様入力部に入力される。共振周波数予測システムにおいて、該入力された各データに基づいて、上述したような共振周波数及び感度の演算が行なわれる。そして、その演算結果である共振周波数及び感度が、共振周波数出力部及び感度出力部にそれぞれ出力される。尚、図４の場合、感度出力部には、寸法及び質量を１０％増加させたとき及び１０％減少させたときの共振周波数の増減量が感度として構成部材毎に出力される。
【００４１】
このような入力部及び出力部を有する共振周波数予測システムによれば、ユーザは、予測対象シートの寸法、質量、及び仕様を各入力部に入力することのみにより、共振周波数及び感度を同時に取得することができる。そのため、例えば、予測対象シートの一部の構成部材の寸法及び質量を変更した場合の共振周波数も容易に求めることが出来る。従って、共振周波数を考慮したシートの設計をより迅速に行なうことが可能となる。
【符号の説明】
【００４２】
１０１０・・基本部
１０２０・・付加機能部
２００・・入力部
２０１・・設計情報入力部
２０２・・寸法入力部
２０３・・質量入力部
２０４・・仕様入力部
３００・・演算部
３０１・・演算式格納部
３０２・・演算式選定部
３０３・・バネ定数演算部
３０４・・測定点質量演算部
３０５・・共振周波数演算部
４００・・出力部
５００・・設計情報変更値演算部
６００・・感度演算部
７００・・感度出力部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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