(57)【要約】【課題】  車体の構造設計支援システムにおいて、計算に必要となるリソースを低減するとともに、かつ固有モード間の干渉が考慮された音響感度に基づいて車体構造の最適化を行う。【解決手段】  物理モデル生成手段６と、車体構造の固有モードの演算を行う構造解析手段７と、車室空気の固有モードの演算を行う音響解析手段８と、カットオフ振動数以下の車体構造の固有モード、及びカットオフ振動数以下の車室空気の固有モードに対する近似構造音響連成方程式を導出する連成方程式導出手段９と、音響感度を算出する音響感度算出手段１０と、近似構造音響連成方程式のカットオフ振動数以下の車体構造の固有振動数の中から選択された少なくとも１つを変更する変更手段１１とを有し、変更手段によって変更された近似構造音響連成方程式に基づいて、音響感度算出手段が演算を繰り返すことによって音響感度を最小化する。【選択図】  図２
2019169117.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車体から乗員への音響感度を低減し得る車体構造を設計するための構造設計支援システムであって、
前記車体構造の物理モデル、車室空気の物理モデル、及び物理座標における構造音響連成方程式をそれぞれ生成する物理モデル生成手段と、
前記車体構造の物理モデルを用いて前記車体構造の固有振動数及び固有モードを演算する構造解析手段と、
前記車室空気の物理モデルを用いて前記車室空気の固有振動数及び固有モードを演算する音響解析手段と、
前記車体構造の固有モード及び前記車室空気の固有モードに基づいて座標変換を行い、モーダル座標における構造音響連成方程式を導出した後に、構造カットオフ振動数以下の前記車体構造の固有モード、及び音響カットオフ振動数以下の前記車室空気の固有モードに対する近似構造音響連成方程式を導出する連成方程式導出手段と、
前記近似構造音響連成方程式に基づいて前記音響感度を算出する音響感度算出手段と、
前記音響感度に基づいて、前記近似構造音響連成方程式の前記構造カットオフ振動数以下の前記車体構造の固有振動数の中から選択された少なくとも１つを変更する変更手段とを有し、
前記変更手段によって変更された前記近似構造音響連成方程式に基づいて、前記音響感度算出手段が演算を繰り返すことによって前記音響感度を最小化することを特徴とする構造設計支援システム。
【請求項２】
前記構造カットオフ振動数及び前記音響カットオフ振動数はそれぞれ、１００Ｈｚ以上１０００Ｈｚ以下であることを特徴とする請求項１に記載の構造設計支援システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車体の構造設計支援システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車の車体構造の設計支援システムにおいて、車室内の所定の評価点における騒音を低減すべく、モデルを用いて車体構造の最適化を行うものが知られている。このような車体構造の設計システムでは、車体の設計領域を複数の節点で分割し、節点を梁要素や平板要素、多面体要素等で結合した車体構造（構造系）の物理モデルを生成する。次に設計システムは同様に車室内を複数の節点で分割して、車室空気（音響系）の物理モデルを生成する。更に、設計システムは構造系と音響系とを連成させた連成方程式を導出し、その連成方程式に基づいて車体に所定の振動が入力した場合に評価点において発生する音圧を算出する。そして車体に入力した振動と音圧との関係を示す音響感度を算出し、音響感度を最小化すべく車体構造の最適化を実行する。
【０００３】
このような設計システムでは、構造系と音響系とを連成させるため、車体と車室空気とが接する濡れ面に十分な数の節点を設定する必要がある。そのため、連成方程式を解くときに例えばメモリ容量において大きな計算リソースを要し、計算に時間がかかるという問題がある。そこで、車体構造の設計支援システムであって、構造系の固有振動数と音響系の固有振動数とをそれぞれ１つずつ選び、選ばれた２つの固有モードの連成によって発生する音圧から音響感度を評価し、車体構造の最適化を行うものが知られている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２３４５８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、現実の車室内では車体の振動によって複数の場所において異なる振動数の音が発生する。発生した音は評価点に到達し、複雑に干渉し合う。特許文献１の設計支援システムでは１つの固有振動数の音のみが考慮されているため、音響感度に対する干渉の効果を正確に評価することが難しい。
【０００６】
このような複数の固有振動数の音による干渉の効果を考慮するため、所定のカットオフ周波数以下の固有振動数の音に対する近似的な方程式を立てて、音響感度を算出することが考えられる。しかしながら、考慮すべき固有モードの数が増えると、保存すべきデータの量が増加し、必要となる計算量も増加する。
【０００７】
本発明は、以上の背景を鑑み、車体の構造設計支援システムにおいて、計算に必要となるリソースを低減するとともに、かつ、固有モード間の干渉が考慮された音響感度に基づいて車体構造の最適化を行うことを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために本発明のある態様は、車体から乗員への音響感度を低減し得る車体構造を設計するための構造設計支援システム（１）であって、前記車体構造の物理モデル、車室空気の物理モデル、及び物理座標における構造音響連成方程式をそれぞれ生成する物理モデル生成手段（６）と、前記車体構造の物理モデルを用いて前記車体構造の固有振動数及び固有モードを演算する構造解析手段（７）と、前記車室空気の物理モデルを用いて前記車室空気の固有振動数及び固有モードを演算する音響解析手段（８）と、前記車体構造の固有モード及び前記車室空気の固有モードに基づいて座標変換を行い、モーダル座標における構造音響連成方程式を導出した後に、構造カットオフ振動数以下の前記車体構造の固有モード、及び音響カットオフ振動数以下の前記車室空気の固有モードに対する近似構造音響連成方程式を導出する連成方程式導出手段（９）と、前記近似構造音響連成方程式に基づいて前記音響感度を算出する音響感度算出手段（１０）と、前記音響感度に基づいて、前記近似構造音響連成方程式の前記構造カットオフ振動数以下の前記車体構造の固有振動数の中から選択された少なくとも１つを変更する変更手段（１１）とを有し、前記変更手段によって変更された前記近似構造音響連成方程式に基づいて、前記連成方程式導出手段及び前記音響感度算出手段が演算を繰り返すことによって前記音響感度を最小化することを特徴とする。
【０００９】
この態様によれば、構造カットオフ振動数以下の車体構造の固有モードと音響カットオフ振動数以下の車室空気の固有モードとに対する近似構造音響連成方程式に基づいて音響感度が算出される。これにより、計算に必要となるリソースを低減するとともに、実用上寄与の大きい複数の車体構造の固有モードと車室空気の複数の固有モードとに基づいて音響感度を算出することができる。また、複数の車室空気の固有モードが考慮されるため、複数の車室内の音の干渉を考慮した音響感度を算出することができる。
【００１０】
また、車体構造の固有振動数を変更することによって最適化が行われる。そのため、最適化を行うときに、近似構造連成方程式の固有振動数のみに依存する部分のみを変更すればよく、車体構造を変化させた場合に比べて、最適化を実行するときの近似構造連成方程式の変更部分を少なくすることができる。これにより、計算に必要となるリソースを低減することができ、計算速度を高めることができる。また、車体構造の固有振動数を変更することによって最適化が行われるため、音響感度を最適化するための変更指針を得ることが容易である。
【００１１】
上記の態様において、前記構造カットオフ振動数及び前記音響カットオフ振動数はそれぞれ、１００Ｈｚ以上１０００Ｈｚ以下であるとよい。
【００１２】
この態様によれば、例えばフロントガラスの一次の共振振動数よりもカットオフ振動数を高く設定することができるため、タイヤ、サスペンション及びフロントガラス等の固有振動モードを考慮することができる。
【発明の効果】
【００１３】
以上の構成によれば、車体の構造設計支援システムにおいて、計算に必要となるリソースを低減するとともに、かつ、固有モード間の干渉を考慮された音響感度に基づいて車体構造の最適化を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係る構造設計支援システムのブロック図
【図２】本発明に係る構造設計支援システムのフローチャート
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明に係る構造設計支援システムの具体的な実施形態について説明する。以下の説明において構造設計支援システムにおいて自動車の構造設計を行う場合を想定する。
【００１６】
構造設計支援システムは、車体の振動によって発生する車室内の騒音を低減しうる車体構造の設計を行うためのシステムである。車体にはエンジンの駆動によって発生した振動や、車両走行時に路面反力により発生する振動が伝わる。このような振動によって、車体には固有モードの振動が複数生じる。車室内の空気（車室空気）は、車体構造、例えば、骨格となるフレームや車室空間を区画するパネルに接触している。そのため、車体に生じた振動は車室内の空気に伝わり、車室空気には車室空間の形状に応じた固有モードの振動が複数生じる。車室空気の振動によって、乗員の耳元（評価点）において音圧が生じ、その音圧が乗員に騒音として伝わる。
【００１７】
騒音を低減するためには、車体の振動を低減するとともに、車体の振動が乗員の耳元の空気に伝わりにくくなるように車体の構造を設計することが有効である。このような振動の伝わり易さは、車体への単位入力に対する評価点における音圧レベルである音響感度を用いて評価することができる。そこで、構造設計支援システム１は、与えられた車体構造に基づいて、音響感度を算出する。更に、構造設計支援システム１は音響感度を最小化すべく、車体構造の最適化を行う最適化処理を実行する。
【００１８】
実施形態に係る構造設計支援システム１はパーソナルコンピュータやワークステーション等のコンピュータによって構成され、図１に示すように、中央演算処理装置（ＣＰＵ）及びメモリを含む演算処理部２、ハードディスク等の記憶媒体３、キーボード等の入力部４、及びモニタ等の出力部５を備える。
【００１９】
記憶媒体３は対象となる自動車のフレーム及びパネルを含む車体の形状、車体各部の剛性、材料などの車体データを保持している。車体データは最適化処理が実行される前に予め記憶媒体３に保存されているとよい。
【００２０】
演算処理部２は車体構造及び車室空気の物理モデルを生成し、物理座標における車体構造及び車室空気の運動方程式（構造音響連成方程式）を導出する物理モデル生成手段６と、物理モデルから車体構造の振動の固有モードを演算する構造解析手段７と、物理モデルから車室空気の振動の固有モードを演算する音響解析手段８と、車体構造及び車室空気の固有モードを用いて物理座標からモーダル座標への座標変換を行い、モーダル座標における構造音響連成方程式に対して近似処理を行って、近似構造音響連成方程式を導出する連成方程式導出手段９と、導出された近似構造音響連成方程式を解いて音響感度を算出する音響感度算出手段１０と、音響感度算出手段１０によって算出された音響感度に基づいて音響感度を最適化すべく車体構造を変更する変更手段１１とを備えている。本実施形態では、物理モデル生成手段６、構造解析手段７、音響解析手段８、連成方程式導出手段９、音響感度算出手段１０、及び変更手段１１はそれぞれ、演算処理部２においてソフトウエアによって構成されている。
【００２１】
物理モデル生成手段６は、記憶媒体３に格納された車体データに基づいて、車体構造の物理モデルを生成する。物理モデルは、車体をＮｓ個の自由度で分割し、節点を梁要素等で結合したモデルであり、式（１）の運動方程式で表される。
【数１】
2019169117.tif 000003
式（１）において、｛ｕ｝は車体構造の各節点における変位を示す変位ベクトル、［Ｍｓ］は車体構造の質量マトリクス、［Ｂｓ］は車体構造の減衰マトリクス、［Ｋｓ］は車体構造の剛性マトリクス、｛Ｆ｝は車体に加わる荷重ベクトルである。｛ｕ｝はＮｓ次元のベクトルであり、［Ｍｓ］、［Ｂｓ］、［Ｋｓ］はそれぞれＮｓ×Ｎｓの行列である。｛ｕ｝の文字上の１つのドットは変位ベクトルの１階の時間微分を示し、２つのドットは変位ベクトルの２階の時間微分を示す。但し、｛｝はベクトルを示す記号であり、［］は行列を示す記号とする。また、｛０｝は零ベクトルを示し、［０］は全ての要素が０である行列を示す。
【００２２】
物理モデル生成手段６は、更に、記憶媒体３に格納された車体データに基づいて、車室空気の物理モデルを生成する。物理モデルは、車室をＮｆ個の自由度で分割し、節点を多面体要素等で結合したモデルであり、式（２）の運動方程式で表される。
【数２】
2019169117.tif 000004
式（２）において、｛ｐ｝は車室空気の各節点における圧力の大気圧からの変動分（以下、音圧）を示す音圧ベクトル、［Ｍｆ］は車室空気の質量マトリクス、［Ｂｆ］は車室空気の減衰マトリクス、［Ｋｓ］は車室空気の剛性マトリクスである。｛ｐ｝はＮｆ次元のベクトルであり、［Ｍｆ］、［Ｂｆ］、［Ｋｆ］はそれぞれＮｆ×Ｎｆの行列である。｛ｐ｝の文字上の１つのドットは音圧ベクトルの１階の時間微分を示し、｛ｐ｝の文字上の２つのドットは音圧ベクトルの２階の時間微分を示す。
【００２３】
次に、物理モデル生成手段６は、車体構造と車室空気とが接する面（濡れ面）における内力のやり取りを考慮し、物理座標における構造音響連成方程式（３）を導出する。物理モデル生成手段６は、導出後、物理座標における構造音響連成方程式を構造解析手段７、音響解析手段８及び連成方程式導出手段９に出力する。
【数３】
2019169117.tif 000005
【００２４】
式（３）において、［Ａ］はＮｆ×Ｎｓの構造音響連成マトリクスである。［Ａ］Ｔは、［Ａ］の転置行列を表す。
【００２５】
構造解析手段７は、車体構造の物理モデル（１）に基づいて、車体構造の固有振動数λｓｉ、及び固有モード｛φｓｉ｝（ｉ＝１〜Ｎｓ）を演算する。このとき、構造解析手段７は、以下に示す式（４）を数値的に解くとよい。各固有モード｛φｓｉ｝はＮｓ次元のベクトルである。また、固有振動数λｓｉはｉが小さいほど小さくなるように配列されている。
【数４】
2019169117.tif 000006
【００２６】
音響解析手段８は、車室空気の物理モデル（２）に基づいて、音圧の固有振動数λｆｉ、及び固有モード｛φｆｉ｝（ｉ＝１〜Ｎｆ）を演算する。このとき、音響解析手段８は、以下に示す式（５）を数値的に解くとよい。各固有モード｛φｆｉ｝はＮｆ次元のベクトルである。また、固有振動数λｆｉはｉが小さいほど小さくなるように配列されている。
【数５】
2019169117.tif 000007
【００２７】
連成方程式導出手段９は、構造解析手段７及び音響解析手段８によって導出された固有モードに基づいて、物理座標をモーダル座標に変換することによって、物理モデル生成手段６によって導出された物理座標における構造音響連成方程式をモーダル座標における構造音響連成方程式に変換する。以下の式（６）は、物理座標からモーダル座標への変換を表し、式（７）はモーダル座標における構造音響連成方程式を表している。
【数６】
2019169117.tif 000008
【数７】
2019169117.tif 000009
【００２８】
式（６）及び式（７）の｛ηｓ｝はＮｓ次元のベクトルであり、｛ηｆ｝はＮｆ次元のベクトルである。式（７）において、［φｓ］及び［φｆ］はそれぞれ式（８）に示される行列である。但し、［φｓ］はＮｓ×Ｎｓの行列であり、［φｆ］はＮｆ×Ｎｆの行列である。
【数８】
2019169117.tif 000010
【００２９】
次に、連成方程式導出手段９は、式（７）の行列のサイズを小さくするため、高次の固有モードを無視する近似処理を行って、近似構造音響連成方程式（９）を導出する。より具体的には、連成方程式導出手段９は、構造カットオフ振動数λｓｃ以下の車体構造の固有モードを抽出する。また、連成方程式導出手段９は、音響カットオフ振動数λｆｃ以下の音圧の固有モードを抽出する。その後、連成方程式導出手段９は、抽出された車体構造の固有モード｛φｓｉ｝（ｉ＝１〜ｎｓ）、及び抽出された音圧の固有モード｛φｆｉ｝（ｉ＝１〜ｎｆ）に対する近似構造音響連成方程式（９）を導出する。
【数９】
2019169117.tif 000011
【００３０】
式（９）において、｛ξｓ｝は車体構造のモーダル変位ベクトルであり、ηｓの１行目〜ｎｓ行目を抜き出したベクトルである。｛ξｆ｝は車室空気のモーダル変位ベクトルであり、｛ηｆ｝の１行目〜ｎｆ行目を抜き出したベクトルである。車体構造のモーダル質量マトリクス［ｍｓ］、車体構造のモーダル減衰マトリクス［ｂｓ］及び車体構造のモーダル剛性マトリクス［ｋｓ］はそれぞれ、［φｓ］Ｔ［Ｍｓ］［φｓ］、［φｓ］Ｔ［Ｂｓ］［φｓ］及び［φｓ］Ｔ［Ｋｓ］［φｓ］の行列において、１行目〜ｎｓ行目かつ１列目〜ｎｓ列目の範囲をそれぞれ抜き出すことによって算出されたｎｓ×ｎｓの行列である。車室空気のモーダル質量マトリクス［ｍｆ］、車室空気のモーダル減衰マトリクス［ｂｆ］及び車室空気のモーダル剛性マトリクス［ｋｆ］はそれぞれ、［φｆ］Ｔ［Ｍｆ］［φｆ］、［φｆ］Ｔ［Ｂｆ］［φｆ］、［φｆ］Ｔ［Ｋｆ］［φｆ］の１行目〜ｎｆ行目かつ１列目〜ｎｆ列目の範囲を抜き出すことによって算出されたｎｆ×ｎｆの行列である。
【００３１】
モーダル構造音響連成マトリクス［ａＨＨ］は［φｓ］Ｔ［Ａ］［φｆ］の１行目〜ｎｆ行目かつ１列目〜ｎｓ列目の範囲を抜き出すことによって算出された行列であり、モーダル荷重ベクトル｛ｆ｝は［φｓ］Ｔ｛Ｆ｝の１行目〜ｎｓ行目までを抜き出すことによって算出されたベクトルである。
【００３２】
次に、連成方程式導出手段９は、導出した近似構造音響連成方程式を音響感度算出手段１０に出力する。
【００３３】
音響感度算出手段１０は、連成方程式導出手段９から入力された近似構造音響連成方程式を解いて｛ξｆ｝を算出する。但し、音響感度算出手段１０は、変更手段１１から変更された近似構造音響連成方程式の入力があったときは、変更された近似構造音響連成方程式を解いて｛ξｆ｝を算出する。
【００３４】
次に、音響感度算出手段１０は算出された解｛ξｆ｝を、式（１０）に代入して、近似的な音圧ベクトル｛ｐｅｆｆ｝を算出する。
【数１０】
2019169117.tif 000012
但し、｛ξF｝はＮｆ次元のベクトルであり、｛ξF｝の１〜ｎｆ行目までの要素は、｛ξｆ｝の要素と等しく、ｎｆ＋１行目〜Ｎｆ行目までの要素は０である。
【００３５】
音響感度算出手段１０は音圧ベクトル｛ｐｅｆｆ｝に基づいて乗員の耳元での音圧ｐａを算出し、ｐａを入力となる荷重ベクトル｛Ｆ｝の大きさ（ノルム）で割って、音響感度Ｈを算出する。音響感度算出手段１０は、音圧ベクトル｛ｐｅｆｆ｝から乗員の耳元の位置に対応する節点での音圧に対応する要素を抜き出すことによって、乗員の耳元（評価点）での音圧ｐａを算出するとよい。
【００３６】
音響感度算出手段１０は音響感度Ｈの算出が完了すると、計算に用いた近似構造音響連成方程式及び算出された音響感度Ｈとを変更手段１１に出力する。
【００３７】
変更手段１１は、入力部４からの車体構造の固有モードの番号ｒの入力と、音響感度算出手段１０から近似構造音響連成方程式及び音響感度Ｈの入力とがあったときは、最適化処理を開始してからこれらの入力を受け取った回数（以下、変更回数）を算出する。変更回数が規定回数（例えば１０００回）以上の場合には、入力された近似構造音響連成方程式及び音響感度Ｈを設計支援システムの出力部５に表示させる。本実施形態では、変更手段１１は、入力された近似構造音響連成方程式に基づいて、番号ｒに対応する車体構造の固有モード｛φｓｒ｝の固有振動数λｒを算出し、入力された近似構造音響連成方程式及び音響感度Ｈとともに、算出された固有振動数λｒを設計支援システムの出力部５に表示させる。
【００３８】
変更手段１１は、変更回数が規定回数に満たない場合には、音響感度を最小化させるべく、変更処理を行う。変更処理において、変更手段１１は、所定の最適化アルゴリズムに基づいて、番号ｒの車体構造の固有モード｛φｓｒ｝に対応する固有振動数λｒの変更量δλを算出する。変更手段１１が実行する最適化アルゴリズムは公知のアルゴリズムであってよい。
【００３９】
次に、変更手段１１は音響感度算出手段１０から入力された近似構造音響連成方程式において、番号ｒの車体構造の固有モード｛φｓｒ｝を変えることなく、固有振動数をλｒからλｒ＋δλに変更する変更処理を行って、変更された近似構造音響連成方程式を生成する。
【００４０】
次に、変更手段１１は、音響感度算出手段１０から入力された近似構造音響連成方程式において、式（９）の車体構造のモーダル剛性マトリクス［ｋｓ］を式（１１）に示すように変更して近似構造音響連成方程式を生成するとよい。
【数１１】
2019169117.tif 000013
但し、式（１１）において、［δΛ］は、ｒ行ｒ列目の要素がδλであり、他の要素が０であるｎｓ×ｎｓの行列を表している。
【００４１】
次に、変更手段１１は変更された近似構造音響連成方程式を音響感度算出手段１０に出力して、変更処理を完了する。
【００４２】
次に、構造設計支援システム１が実行する最適化処理について、図２に示すフローチャートを参照して説明する。構造設計支援システム１は、ステップＳＴ１において、入力部４において構造カットオフ振動数λｓｃ及び音響カットオフ振動数λｆｃとの入力を受け付ける。入力が完了すると、構造設計支援システム１はステップＳＴ２を実行する。
【００４３】
構造カットオフ振動数λｓｃ及び音響カットオフ振動数λｆｃとは共に１００Ｈｚ以上１０００Ｈｚ以下であることが好ましい。タイヤの１次の固有振動数は約４０Ｈｚであり、サスペンションの１次の固有振動数は約１０Ｈｚであり、フロントガラスの１次の固有振動数は約３０Ｈｚであるため、このように設定することによって、タイヤ、サスペンション及びフロントガラスの１次の固有モードの振動を考慮することができる。本実施形態では、構造カットオフ振動数λｓｃは３００Ｈｚ〜６００Ｈｚ、音響カットオフ振動数λｆｃは４００Ｈｚ〜８００Ｈｚの任意の値に設定されている。
【００４４】
ステップＳＴ２において、物理モデル生成手段６は記憶媒体３から車体データを読み出し、車体構造の物理モデルと、車室空気の物理モデルとを生成する。次に、物理モデル生成手段６は構造音響連成マトリクスＡを算出して、物理座標における構造音響連成方程式を導出する。構造設計支援システム１は、完了後、ステップＳＴ３を実行する。
【００４５】
ステップＳＴ３において、構造解析手段７は、物理モデル生成手段６によって導出された物理座標における構造音響連成方程式に基づいて、車体構造の固有振動数及び固有モードを演算する。また、音響解析手段８は、物理モデル生成手段６によって導出された物理座標における構造音響連成方程式に基づいて、音圧の固有振動数及び固有モードを演算する。構造設計支援システム１は、完了後、ステップＳＴ４を実行する。
【００４６】
ステップＳＴ４において、連成方程式導出手段９は、構造解析手段７及び音響解析手段８によって演算された車体構造の固有振動数、車体構造の固有モード、音圧の固有振動数、及び音圧の固有モードに基づいて、モーダル座標における構造音響連成方程式を導出する。導出が完了すると、構造設計支援システム１はステップＳＴ５を実行する。
【００４７】
ステップＳＴ５において、連成方程式導出手段９は、ステップＳＴ１において入力された構造カットオフ振動数λｓｃ及び音響カットオフ振動数λｆｃに基づいて、近似構造音響連成方程式を導出する。導出が完了すると、構造設計支援システム１はステップＳＴ６を実行する。
【００４８】
ステップＳＴ６において、構造設計支援システム１は入力部４において変更する車体構造の固有モードの番号ｒの入力を受け付ける。使用者が固有モードの番号ｒを選択して入力を行うと、構造設計支援システム１はステップＳＴ７を実行する。
【００４９】
ステップＳＴ７において、音響感度算出手段１０は、連成方程式導出手段９から入力された近似構造音響連成方程式を解いて、音響感度Ｈを算出する。音響感度算出手段１０は、変更された近似構造音響連成方程式が変更手段１１から入力されたときには、その変更された近似構造音響連成方程式を解いて、音響感度Ｈを算出する。音響感度Ｈの算出が完了すると、構造設計支援システム１はステップＳＴ８を実行する。
【００５０】
ステップＳＴ８において、変更手段１１は変更回数が規定回数以上となったかを判別する。規定回数以上となっているときには、ステップＳＴ９を実行する。変更回数が規定回数に達していないときには、構造設計支援システム１はステップＳＴ１０を実行する。
【００５１】
ステップＳＴ９において、変更手段１１は入力された近似構造音響連成方程式、音響感度Ｈ、及び入力された近似構造音響連成方程式における番号ｒに対応する車体構造の固有モードφｓｒの固有振動数λｒを出力部５に出力させる。出力が完了すると、構造設計支援システム１は最適化処理を終了する。
【００５２】
ステップＳＴ１０において、変更手段１１は、ステップＳＴ６において入力部４から入力された固有モードの番号ｒに基づいて、その番号の固有モード｛φｓｒ｝の固有振動数λｓｒを変更して、近似構造音響連成方程式を変更する変更処理を行う。変更手段１１は変更した近似構造音響連成方程式を音響感度算出手段１０に出力する。出力後、構造設計支援システム１はステップＳＴ７に戻る。
【００５３】
以上のように構成した構造設計支援システム１の効果について説明する。式（３）に示す物理座標における構造音響連成方程式は（Ｎｓ＋Ｎｆ）×（Ｎｓ＋Ｎｆ）の行列からなる。特に、車体構造の振動が車室空気に伝わることを考慮するため、車体構造と車室空気との接触面（濡れ面）に多くの点が必要となり、式（３）は１０００万程度の自由度となる。一方、式（９）に示す近似構造音響連成方程式は、（ｎｓ＋ｎｆ）×（ｎｓ＋ｎｆ）の行列からなり、（Ｎｓ＋Ｎｆ）×（Ｎｓ＋Ｎｆ）の行列よりも小さくなる。一般に、構造カットオフ振動数λｓｃ及び音響カットオフ振動数λｆｃを６００Ｈｚ程度とすると、ｎｓ＋ｎｆは１０００程度となり、構造設計支援システム１が解く方程式を構成する行列のサイズが小さくなる。このように、行列のサイズが小さくなるため、計算に必要となるリソースを低減することができ、計算速度を高めることができる。また、構造設計支援システム１では複数の音圧の固有モードに基づいて、音響感度Ｈが算出されている。そのため、固有モードの音圧が複数重なり合うことによって生じる干渉の効果を考慮することができる。
【００５４】
一般に車体構造に関するパラメータ（例えば、車体を構成するフレームの板厚）を変更すると、車体構造の固有モード｛φｓｉ｝（ｉ＝１〜ｎｓ）が変化するため、モーダル構造音響連成マトリクス［ａＨＨ］を変更する必要がある。一方、変更手段１１はステップＳＴ１０において、車体構造の固有モードを変更することなく、番号ｒの車体構造の固有モード｛φｓｒ｝に対する固有振動数をλｒからλｒ＋δλに変化させて、近似構造音響連成方程式を導出している。このとき、車体構造の固有モードが変更されないため、変更手段１１は変更処理において、モーダル構造音響連成マトリクス［ａＨＨ］を新たに算出することなく、近似構造音響連成方程式を変更することができる。よって、変更処理においてモーダル構造音響連成マトリクス［ａＨＨ］が変更される場合に比べて、計算のリソースを低減することができ、計算速度を高めることができる。特に、本実施形態では、構造カットオフ振動数λｓｃ及び音響カットオフ振動数λｆｃを適切に設定することによって、モーダル構造音響連成マトリクス［ａＨＨ］のサイズを、メモリに保存可能な程度に小さくすることができる。これにより、モーダル構造音響連成マトリクス［ａＨＨ］のサイズが大きく、モーダル構造音響連成マトリクス［ａＨＨ］がハードディスクに保存される場合に比べて、データへのアクセス速度を高めることができ、より計算速度を高めることができる。更に、変更処理において車室空気のモーダル質量マトリクス［ｍｆ］、車室空気のモーダル剛性マトリクス［ｋｆ］、車体構造のモーダル減衰マトリクス［ｂｓ］、及び車室空気のモーダル減衰マトリクス［ｂｆ］を算出することなく、近似構造音響連成方程式を変更することができる。これにより、マトリクス［ｍｆ］、［ｋｆ］、［ｂｓ］及び［ｂｆ］が変更される場合に比べて、計算のリソースを低減することができ、計算速度を高めることができる。更に、本実施形態では、変更処理において、モーダル剛性マトリクス［ｋｓ］のみが式（１１）に基づいて変更され、モーダル質量マトリクス［ｍｓ］が変更されないため、［ｋｓ］及び［ｍｓ］がともに変更される場合に比べて計算速度がより高められている。また、車体構造のパラメータの変更によって車体構造の固有モードが変更される場合に比べて、構造設計支援システム１では車体構造の固有モードの追従が容易であり、騒音の低減メカニズムを理解することが容易である。
【００５５】
また、ステップＳＴ９において、モーダル構造音響連成マトリクス［ａＨＨ］の要素を出力するようにしてもよい。これにより、どの構造モードが、どの音響モードとどれぐらい連成しているかを示した情報が出力されるため、騒音の低減メカニズムを理解することが容易になる。
【００５６】
また、変更処理において対角化を再度実行する場合には、固有振動数の値に基づいて、対角化後の固有モードの順番が対角化前の順番に比べて変更されることがある。このとき、固有モードの変更前の順番と変更後の順番との対応関係に基づいて、モーダル構造音響連成マトリクス［ａＨＨ］の要素を入れ替えるように構成するとよい。これにより、モーダル構造音響連成マトリクス［ａＨＨ］の要素を再度計算する必要がないため、最適化処理に要する計算量を低減することができる。
【００５７】
以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明は上記実施形態には限定されない。変更手段１１が車体構造の固有モードの固有振動数の１つを変更するように構成されていたが、変更手段１１が２つ以上の車体構造の固有モードの固有振動数を変更するように構成してもよい。
【符号の説明】
【００５８】
１        ：構造設計支援システム
２        ：演算処理部
３        ：記憶媒体
４        ：入力部
５        ：出力部
６        ：物理モデル生成手段
７        ：構造解析手段
８        ：音響解析手段
９        ：連成方程式導出手段
１０      ：音響感度算出手段
１１      ：変更手段
【図１】
2019169117.tif 000014
【図２】
2019169117.tif 000015