(57)【要約】【課題】設計要件の適合性確保と乗員の負担感軽減を両立することができる車両用設計支援方法及びその装置を提供する。【解決手段】車両用設計支援方法であって、人体特性から乗員の腰部の関節受動抵抗が腰曲げ限界に対応した関節受動抵抗以下になる腰曲げ角度範囲と設計諸元値とを準備するステップＳ１，Ｓ２と、ルーフサイドレール下端位置を含む拘束条件を設定するステップＳ４と、仮想車両に対する乗員の乗降動作を少なくとも腰曲げ角度範囲の最も大きい腰曲げ限界角度よりも小さい腰曲げ初期角度を用いた第１動作軌跡にてシミュレーションするステップＳ５と、第１動作軌跡がルーフサイドレール下端に干渉するとき、腰曲げ初期角度を腰曲げ角度範囲内において段階的に増加した腰曲げ角度を用いて第１動作軌跡がルーフサイドレール下端に干渉するか否か判定するステップＳ９，Ｓ６とを有する。【選択図】  図７
2019125157.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
乗員による乗降動作をシミュレーションすることにより車両用ドア部周辺の設計諸元値を決定する車両用設計支援方法において、
複数の関節部位を有する人体特性から乗員の腰部の関節受動抵抗が腰曲げ限界に対応した関節受動抵抗以下になる腰曲げ角度範囲と前記設計諸元値とを準備する第１ステップと、
前記設計諸元値のうちルーフサイドレール下端位置を含む拘束条件を設定する第２ステップと、
前記設計諸元値と拘束条件を満たす仮想車両に対する乗員の乗降動作を少なくとも前記腰曲げ角度範囲の最も大きい腰曲げ限界角度よりも小さい腰曲げ初期角度を用いた第１動作軌跡にてシミュレーションする第３ステップと、
前記第１動作軌跡が前記ルーフサイドレール下端に干渉するとき、前記腰曲げ初期角度を前記腰曲げ角度範囲内において段階的に増加した腰曲げ角度を用いて前記第１動作軌跡が前記ルーフサイドレール下端に干渉するか否か判定する第４ステップと、
を有することを特徴とする車両用設計支援方法。
【請求項２】
前記腰曲げ限界角度を用いた前記第１動作軌跡が前記ルーフサイドレール下端に干渉するとき、前記腰曲げ限界角度を前記拘束条件に追加すると共に前記設計諸元値のうち乗員が着座する着座面の高さ位置を段階的に低く設定した第２動作軌跡にてシミュレーションする第５ステップと、
前記第２動作軌跡が前記ルーフサイドレール下端に干渉するか否か判定する第６ステップと、
を有することを特徴とする請求項１に記載の車両用設計支援方法。
【請求項３】
前記着座面の下限位置を用いた第２動作軌跡が前記ルーフサイドレール下端に干渉するとき、前記着座面の下限位置を拘束条件に追加すると共に前記設計諸元値のうちピラー位置を段階的に高く設定した第３動作軌跡にてシミュレーションする第７ステップと、
前記第３動作軌跡が前記ルーフサイドレール下端に干渉するか否か判定する第８ステップと、
前記ピラーの上限位置を用いた第３動作軌跡が前記ルーフサイドレール下端に干渉するとき、前記前記ピラーの上限位置を拘束条件に追加すると共に前記設計諸元値のうちサイドシル位置を段階的に低く設定した第４動作軌跡にてシミュレーションする第９ステップと、
前記第４動作軌跡が前記ルーフサイドレール下端に干渉するか否か判定する第１０ステップと、
を有することを特徴とする請求項２に記載の車両用設計支援方法。
【請求項４】
前記腰曲げ限界に対応した関節受動抵抗が約６５Ｎｍであり、前記腰曲げ限界に対応した関節受動抵抗以下になる腰曲げ角範囲が約４０度以下であることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の車両用設計支援方法。
【請求項５】
乗員による乗降動作をシミュレーションすることにより車両用ドア部周辺の設計諸元値を決定する車両用設計支援装置において、
複数の関節部位を有する人体特性から乗員の腰部の関節受動抵抗が腰曲げ限界に対応した関節受動抵抗以下になる腰曲げ角度範囲と前記設計諸元値とを記憶する記憶手段と、
前記設計諸元値のうちルーフサイドレール下端位置を含む拘束条件を設定する拘束条件設定手段と、
前記設計諸元値と拘束条件を満たす仮想車両に対する乗員の乗降動作を少なくとも前記腰曲げ角度範囲の最も大きい腰曲げ限界角度よりも小さい腰曲げ初期角度を用いた第１動作軌跡にてシミュレーションするシミュレーション手段とを有し、
前記シミュレーション手段は、前記第１動作軌跡が前記ルーフサイドレール下端に干渉するとき、前記腰曲げ初期角度を前記腰曲げ角度範囲内において段階的に増加した腰曲げ角度を用いて前記第１動作軌跡が前記ルーフサイドレール下端に干渉するか否か判定することを特徴とする車両用設計支援装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、乗員による乗降動作をシミュレーションすることにより車両用ドア部周辺の設計諸元値を決定する車両用設計支援方法及びその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、車両の乗員による乗降動作時の負担感を軽減するために、乗員を多関節モデルに置換し、この多関節人体モデルにより乗員による乗降動作を模擬演算（シミュレーション）を用いて評価することにより、車両用ドア部周辺の設計諸元値を決定する車両用設計支援システムは知られている。
【０００３】
乗員の負担感は、関節の受動抵抗によって評価することが可能であることから、人体特性に関節受動抵抗を考慮した技術が提案されている。
特許文献１の車両用設計支援システムは、人体モデルに関する人体特性と車両用ドア部周辺の設計諸元値とを記憶する記憶手段と、前記設計諸元値に対応した仮想車両に対する乗員の乗降動作を人体特性に基づく動作軌跡にてシミュレーションするシミュレーション手段とを有し、このシミュレーション手段は、頚関節の関節受動抵抗が所定閾値以下の場合、頚関節を腰関節に優先して曲げる第１動作軌跡を算出し、頚関節の関節受動抵抗が所定閾値を超える場合、腰関節を頚関節に優先して曲げる第２動作軌跡を算出して判定している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−２４６６６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の車両用設計支援システムによれば、シミュレーションによって算出した動作軌跡から関節受動抵抗に対応した関節角度を求めることができ、関節の許容度、所謂乗員の負担感を動作軌跡から定量的に評価することが可能である。
しかし、特許文献１の技術では、頚関節の関節受動抵抗が所定閾値以下のときに頚関節を腰関節に優先して曲げる第１動作軌跡を算出すると共に頚関節の関節受動抵抗が所定閾値を超えるときに腰関節を頚関節に優先して曲げる第２動作軌跡を算出する、換言すれば、頚関節を腰関節に優先した動作軌跡を算出する仕様であるため、実際の人間（乗員）による動作軌跡と人体モデルの動作軌跡との間に乖離を生じる虞がある。
【０００６】
本発明者は、上記の問題点を検証するため、主要関節の筋負担についてＣＡＥ（Computer Aided Engineering）による第１、第２の解析を行った。
通常、乗員が降車する際、降車動作には、頚関節、腰関節、車幅方向外側の外足股関節、車幅方向内側の内足股関節の主に４つの関節が関連している。
そこで、図８に示すように、第１の解析では、左前席に着座している乗員が車両の左ドア開口から降車する人体モデルの動作軌跡を作成し、（ａ）頭頂部ピラー通過時、（ｂ）臀部上昇開始時、（ｃ）臀部移動時、（ｄ）内足離脱時について主要関節各々の関節トルクの時間的推移を算出した。
【０００７】
図９に、第１の解析結果のグラフを示す。尚、縦軸が関節トルク、横軸が時間であり、図８（ａ）が１５０〜１７０ｓｅｃ、図８（ｂ）が１７０〜１９０ｓｅｃ、図８（ｃ）が１９０〜２１０ｓｅｃ、図８（ｄ）が２１０〜２３０ｓｅｃに夫々対応している。
図９に示すように、降車動作時、頚関節は動作シーンに拘らず関節トルク及び変化率共に最も低い値を示す一方、腰関節は動作シーンに拘らず関節トルク及び変化率共に最も高い値を示すことが知見された。
【０００８】
次に、第２の解析では、ルーフの左右端部に設けられたフレーム部材であるルーフサイドレールの下端位置の高さを段階的に変更し、ルーフサイドレールの下端高さ毎に降車する乗員の頚部の最大傾斜角度を算出した。
図１０に、第２の解析結果のグラフを示す。尚、縦軸が頚部の傾斜角度、横軸がルーフサイドレールの下端高さである。
図１０に示すように、乗員の頚部は、傾斜角度２５ｄｅｇを中心としてルーフサイドレールの下端高さに拘らず略一定範囲に収まる小角度（小さい関節受動抵抗）に維持されていることが知見された。
上記第１、第２の解析により、降車時の乗員は、頚部等の関節に比べて腰関節に大きな筋負荷を受けているため、降車動作の動作軌跡には、腰関節の受動抵抗が最も大きい影響を与えることが判明した。
【０００９】
また、特許文献１の技術では、まず、人体モデルの動作軌跡が仮想車両と干渉しないことを前提条件として作成され、この作成された動作軌跡における関節受動抵抗に基づき設計諸元値を設定しているため、優先度が高い車両側設計要件、例えば、デザイン上の拘束条件としてルーフサイドレールの下端位置の制限等、が生じたとき、設計要件毎にシミュレーションによる検証を複数回実行する必要があり、設計要件の適合性確保と乗員の負担感軽減を共に成立させることは容易ではない。
即ち、現状の設計支援システムには、設計要件の適合性確保と乗員の負担感軽減の点で更なる改善の余地が存在している。
【００１０】
本発明は、設計要件の適合性確保と乗員の負担感軽減を両立可能な車両用設計支援方法及びその装置等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】
【００１１】
請求項１の車両用設計支援方法は、乗員による乗降動作をシミュレーションすることにより車両用ドア部周辺の設計諸元値を決定する車両用設計支援方法において、複数の関節部位を有する人体特性から乗員の腰部の関節受動抵抗が腰曲げ限界に対応した関節受動抵抗以下になる腰曲げ角度範囲と前記設計諸元値とを準備する第１ステップと、前記設計諸元値のうちルーフサイドレール下端位置を含む拘束条件を設定する第２ステップと、前記設計諸元値と拘束条件を満たす仮想車両に対する乗員の乗降動作を少なくとも前記腰曲げ角度範囲の最も大きい腰曲げ限界角度よりも小さい腰曲げ初期角度を用いた第１動作軌跡にてシミュレーションする第３ステップと、前記第１動作軌跡が前記ルーフサイドレール下端に干渉するとき、前記腰曲げ初期角度を前記腰曲げ角度範囲内において段階的に増加した腰曲げ角度を用いて前記第１動作軌跡が前記ルーフサイドレール下端に干渉するか否か判定する第４ステップと、を有することを特徴としている。
【００１２】
この車両用設計支援方法では、複数の関節部位を有する人体特性から乗員の腰部の関節受動抵抗が腰曲げ限界に対応した関節受動抵抗以下になる腰曲げ角度範囲と前記設計諸元値とを準備する第１ステップを有するため、頚関節等他の関節に比べて降車時の動作軌跡に対して影響が大きい腰部の腰曲げ角度範囲を事前に保有することができる。
前記設計諸元値のうちルーフサイドレール下端位置を含む拘束条件を設定する第２ステップと、前記設計諸元値と拘束条件を満たす仮想車両に対する乗員の乗降動作を少なくとも前記腰曲げ角度範囲の最も大きい腰曲げ限界角度よりも小さい腰曲げ初期角度を用いた第１動作軌跡にてシミュレーションする第３ステップを有するため、不自然な動作軌跡を排除しつつ車両側設計要件であるルーフサイドレール下端位置を優先した第１動作軌跡を作成することができる。
そして、前記第１動作軌跡が前記ルーフサイドレール下端に干渉するとき、前記腰曲げ初期角度を前記腰曲げ角度範囲内において段階的に増加した腰曲げ角度を用いて前記第１動作軌跡が前記ルーフサイドレール下端に干渉するか否か判定する第４ステップを有するため、設計要件の適合性を確保しながら乗員の負担感を軽減することができる。
【００１３】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記腰曲げ限界角度を用いた前記第１動作軌跡が前記ルーフサイドレール下端に干渉するとき、前記腰曲げ限界角度を前記拘束条件に追加すると共に前記設計諸元値のうち乗員が着座する着座面の高さ位置を段階的に低く設定した第２動作軌跡にてシミュレーションする第５ステップと、前記第２動作軌跡が前記ルーフサイドレール下端に干渉するか否か判定する第６ステップと、を有することを特徴としている。
この構成によれば、車体剛性に影響を与えない着座面の高さ位置の変更により、不自然な動作軌跡を排除しつつ車両側設計要件であるルーフサイドレール下端位置を維持可能な第２動作軌跡を作成することができる。
【００１４】
請求項３の発明は、請求項２の発明において、前記着座面の下限位置を用いた第２動作軌跡が前記ルーフサイドレール下端に干渉するとき、前記着座面の下限位置を拘束条件に追加すると共に前記設計諸元値のうちピラー位置を段階的に高く設定した第３動作軌跡にてシミュレーションする第７ステップと、前記第３動作軌跡が前記ルーフサイドレール下端に干渉するか否か判定する第８ステップと、前記ピラーの上限位置を用いた第３動作軌跡が前記ルーフサイドレール下端に干渉するとき、前記前記ピラーの上限位置を拘束条件に追加すると共に前記設計諸元値のうちサイドシル位置を段階的に低く設定した第４動作軌跡にてシミュレーションする第９ステップと、前記第４動作軌跡が前記ルーフサイドレール下端に干渉するか否か判定する第１０ステップと、を有することを特徴としている。
この構成によれば、着座面の下限位置を用いた第２動作軌跡が前記ルーフサイドレール下端に干渉するとき、または、ピラーの上限位置を用いた第３動作軌跡が前記ルーフサイドレール下端に干渉するときであっても、ルーフサイドレール下端位置を維持可能な動作軌跡を作成することができる。
【００１５】
請求項４の発明は、請求項１〜３の何れか１項の発明において、前記腰曲げ限界に対応した関節受動抵抗が約６５Ｎｍであり、前記腰曲げ限界に対応した関節受動抵抗以下になる腰曲げ角範囲が約４０度以下であることを特徴としている。
この構成によれば、実際には曲げることが困難な範囲まで腰関節を曲げるような動作軌跡を確実に排除することができ、実際の人間の動作に即した動作軌跡を作成することができる。
【００１６】
請求項５の発明は、乗員による乗降動作をシミュレーションすることにより車両用ドア部周辺の設計諸元値を決定する車両用設計支援装置において、複数の関節部位を有する人体特性から乗員の腰部の関節受動抵抗が腰曲げ限界に対応した関節受動抵抗以下になる腰曲げ角度範囲と前記設計諸元値とを記憶する記憶手段と、前記設計諸元値のうちルーフサイドレール下端位置を含む拘束条件を設定する拘束条件設定手段と、前記設計諸元値と拘束条件を満たす仮想車両に対する乗員の乗降動作を少なくとも前記腰曲げ角度範囲の最も大きい腰曲げ限界角度よりも小さい腰曲げ初期角度を用いた第１動作軌跡にてシミュレーションするシミュレーション手段とを有し、前記シミュレーション手段は、前記第１動作軌跡が前記ルーフサイドレール下端に干渉するとき、前記腰曲げ初期角度を前記腰曲げ角度範囲内において段階的に増加した腰曲げ角度を用いて前記第１動作軌跡が前記ルーフサイドレール下端に干渉するか否か判定することを特徴としている。
この構成によれば、複数の関節部位を有する人体特性から乗員の腰部の関節受動抵抗が腰曲げ限界に対応した関節受動抵抗以下になる腰曲げ角度範囲と前記設計諸元値とを記憶する記憶手段を有するため、頚部等他の関節に比べて降車時の動作軌跡に対して影響が大きい腰部の腰曲げ角度範囲を事前に保有することができる。
前記設計諸元値のうちルーフサイドレール下端位置を含む拘束条件を設定する拘束条件設定手段と、前記設計諸元値と拘束条件を満たす仮想車両に対する乗員の乗降動作を少なくとも前記腰曲げ角度範囲の最も大きい腰曲げ限界角度よりも小さい腰曲げ初期角度を用いた第１動作軌跡にてシミュレーションするシミュレーション手段を有するため、不自然な動作軌跡を排除しつつ車両側設計要件であるルーフサイドレール下端位置を優先した第１動作軌跡を作成することができる。
そして、前記シミュレーション手段は、前記第１動作軌跡が前記ルーフサイドレール下端に干渉するとき、前記腰曲げ初期角度を前記腰曲げ角度範囲内において段階的に増加した腰曲げ角度を用いて前記第１動作軌跡が前記ルーフサイドレール下端に干渉するか否か判定するため、設計要件の適合性を確保しながら乗員の負担感を軽減することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の車両用設計支援方法及びその装置によれば、設計要件の適合性確保と乗員の負担感軽減を両立することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態に係る車両用設計支援装置の概略構成図である。
【図２】車両用ドア部周辺の設計諸元値を示す側面図である。
【図３】車両用ドア部周辺の設計諸元値を示す正面図である。
【図４】腰部の関節受動抵抗特性を示すグラフである。
【図５】腰曲げ角度特性を示すグラフである。
【図６】開口高さ特性を示すグラフである。
【図７】設計諸元最適化制御処理手順を示したフローチャートである。
【図８】第１の解析に係る説明図である。
【図９】第１の解析結果を示すグラフである。
【図１０】第２の解析結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
以下の説明は、本発明を車両用設計支援装置に適用したものを例示したものであり、本発明、その適用物、或いは、その用途を制限するものではない。
また、以下の説明は、設計諸元値を決定する車両用設計支援方法の説明を含むものである。
【実施例１】
【００２０】
以下、本発明の実施例１について図１〜図７に基づいて説明する。
設計支援装置１は、乗員による乗降動作を仮想的にシミュレーションすることにより車両用ドア部周辺の設計諸元値を決定可能に構成されている。
本実施例では、主に、乗員による降車動作のシミュレーションを例に説明する。
乗員による降車動作とは、前席乗員の身体部位に着目したとき、車幅方向外側の足（以下、外足と略す）を車外に出す外足離脱フェーズと、乗員の頭頂部がドア開口縁部を構成するフロントピラー（又はルーフサイドレール）を潜る頭頂部ピラー通過フェーズと、乗員がシートから立ち上がる臀部上昇開始フェーズと、乗員が上体を車外に出す臀部移動フェーズと、車内に残る内足を車外に出す内足離脱フェーズの主に５フェーズに分類することができる。以下、特段の説明がない場合、ドア開口上側縁部を構成する部材をルーフサイドレールとして説明する。
【００２１】
図１に示すように、この設計支援装置１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）２と、ＲＡＭ３と、ＲＯＭ４と、各種データベースやシミュレーションプログラム等を記憶したハードディスク５（記憶手段）と、キーボード６と、マウス７と、ディスプレイ８と、プリンタ９等を主な構成要素としている。
ＣＰＵ２は、ハードディスク５内に記憶されたシミュレーションプログラムを実行することにより乗降動作を乗員の動作軌跡にてシミュレーションするシミュレーション機能（シミュレーション手段）と、オペレータによって入力された設計対象の諸元を車両側設計要件としてシミュレーション実行時の拘束条件に設定する拘束条件設定機能（拘束条件設定手段）とを備えている。
【００２２】
ハードディスク５は、乗員の乗降動作をシミュレーションする際に設計対象となる車両の設計諸元値と、シミュレーション用人体モデルの人体特性等を有している。
車両の設計諸元値は、車体を構成するフロア高さ、フロントピラーの傾き等ドア部周辺の構成部材の仕様（位置、寸法）であり、シミュレーションを開始するときの初期値である。そして、この初期値である設計諸元値が、車両側設計要件（デザイン、性能、機能等の観点から設定された設計条件）を満たした場合、最終的な設計諸元値として設定され、車両側設計要件を満たさない場合、設計諸元値を逐次変更してシミュレーションが繰り返される。
【００２３】
図２及び図３に示すように、ドア部周辺の構成部材の設計諸元値は、最低地上高Ｄ１、フロア高さＤ２、乗員の着座中心（ヒップポイント）高さに相当するシート高さＤ３、車幅方向中央から乗員の着座中心までの離隔距離Ｄ４、ルーフサイドレールの下端部の地面からの高さ（以下、ルーフレール高さと略す）Ｄ５、フロントピラー前後位置Ｄ６、フロントピラー傾斜角度Ｄ７、センタピラー前後位置Ｄ８、ホイールベースＤ９、サイドシル幅Ｄ１０、サイドシル上端高さＤ１１である。
特に、ルーフレール高さＤ５は、シートに着座している乗員の頭頂部が通過する地点を判定対象位置にしているため、前席乗員の動作軌跡をシミュレーションするとき、乗員の着座中心よりも前方２２０〜２７０±７５（ｍｍ）に対応した部分の高さが設定され、後席乗員の動作軌跡をシミュレーションするとき、乗員の着座中心よりも前方５５±７５（ｍｍ）に対応した部分の高さが設定されている。
設計諸元値のうち、車両側設計要件対象である特定の構成部材の設計諸元値は、拘束値や拘束範囲からなる拘束条件により設定され、その他の構成部材の設計諸元値は、変更入力可能に形成されている。本実施例では、ルーフレール高さＤ５に拘束条件が設定されている。
【００２４】
人体モデルは、例えば、頭部、胸部、腰部の３剛体を頚関節及び腰関節を介して連結した乗員の上半身剛体リンクモデル（多関節モデル）により構成されている。
人体特性は、前述した人体モデルの各剛体に関する慣性モーメント、頚関節及び腰関節の関節受動抵抗、及び腰曲げ角度範囲等を有している。本実施例において、腰曲げ角度は、起立状態に対して上半身が正面方向に傾斜した傾斜角度と定義している。
各剛体に関する慣性モーメントは、３次元直交座標系における慣性モーメントであり、頚関節及び腰関節の関節受動抵抗は、各々の関節角度に対する指数関数状の関節受動抵抗特性である（何れも図示略）。
【００２５】
腰曲げ角度範囲は、後述する腰関節角度θｂを用いて、次式によって規定されている。
θｂ≦４０°                                                          …（１）
本発明者の検証によって、図４の腰部の関節受動抵抗特性に示すように、ルーフレール高さＤ５が小さい程関節受動抵抗が増加する点、及びルーフレール高さＤ５が７１２〜６７２ｍｍの間で増加率が著しい点が知見され、関節受動抵抗が６５Ｎｍ以上のときに乗員に違和感又は負担感（不自然さ）を生じることが判明した。
この違和感に関する人体特性を乗員の動作軌跡に反映するためには、乗員の動作に係る因子をパラメータとして規定する必要がある。
図５の腰曲げ角度特性に示すように、腰部の関節受動抵抗が６５Ｎｍ（ルーフレール高さＤ５が６９２ｍｍ）のときの腰関節角度θｂが約４０°であるため、少なくとも、腰関節角度θｂが４０°以下で乗員が降車できれば、車両の仕様に拘らず、降車動作を通じて乗員の関節受動抵抗を６５Ｎｍ以下に抑えることができる。
つまり、式（１）を満たすことにより、乗員は違和感を生じることなく車両から降車することができる。
【００２６】
次に、ＣＰＵ２のシミュレーション機能について説明する。
ＣＰＵ２は、ハードディスク５から読み出した各設計諸元値Ｄ１〜Ｄ１１及び人体特性に基づき、乗員の降車時における動作軌跡を算出して出力している。
具体的には、次式（２）に示すように、予め各関節角θｉを時間の４次関数として与えておき、次式（３）に示す評価関数Ｖにより得られる関節トルクの時間積分値の合計値を評価値とする。そして、評価値を最小化し且つ各関節受動抵抗が所定の閾値以下となるパラメータａｉ〜ｅｉの組み合わせデータを遺伝的アルゴリズムにより探索することで動作軌跡を探索する。
【００２７】
【数１】
2019125157.tif 000003
【００２８】
本実施例では、関節受動抵抗について、頚関節及び腰関節の関節受動抵抗を考慮する。関節受動抵抗とは、靱帯や関節包、あるいは腱や筋の弾性による関節相対運動への抵抗である。ここでは、乗降動作を評価するため、車幅方向外側に向いた乗員が頚及び腰を前後方向に延びる軸（ｘ軸）周りに曲げるときの関節受動抵抗を考慮する。
関節受動抵抗Ｔ（θｎ）は、一般に、関節の可動限界付近で指数関数的に大きくなる傾向があるため、式（４）で近似できる。
【００２９】
【数２】
2019125157.tif 000004
【００３０】
ここで、θｎは、関節角度である。θａは、頚の関節角度であって、詳しくは、頚関節を前後方向に貫通する軸周りの角度を表す。θｂは、腰の関節角度であって、詳しくは、腰関節を前後方向に貫通する軸回りの角度を表す。
ｋｎ１〜ｋｎ３は、関節受動抵抗を表す係数であり、ｋａ１〜ｋａ３は頚の係数を、ｋｂ１〜ｋｂ３は腰の係数を表す。Ｃは、定数である。係数と定数の設定は、対象の関節の可動限界角度を測定により求めると共に関節の最大発揮トルクを仮置きすることにより導出することができる。
【００３１】
ＣＰＵ２は、各関節の関節受動抵抗が所定の閾値以下となるように動作軌跡を算出している。具体的には、パラメータａｉ〜ｅｉの組合せデータを遺伝的アルゴリズムにより探索する際の制約条件に式（１）の他に、式（５），（６）を加えている。
【数３】
2019125157.tif 000005
【００３２】
Ｐ１は、頚関節の関節受動抵抗の閾値であり、Ｐ２は、腰関節の関節受動抵抗の閾値である。閾値Ｐ１，Ｐ２は、人間が自然な動きをする際に許容できる関節受動抵抗である。閾値Ｐ２の方が、閾値Ｐ１よりも大きい。
遺伝的アルゴリズムは、進化論的な考え方に基づいてデータ（本実施形態においてはパラメータａｉ〜ｅｉの組合せデータ）を操作することで最適解（最適データ）を探索する手法であり、公知の技術であるため、ここでの詳細な説明は省略する（特開２０１３−２４６６６３号参照）。
【００３３】
以上を踏まえ、ＣＰＵ２は、頭頂部ピラー通過フェーズにおいて腰関節角度θｂに腰曲げ限界角度４０°よりも小さい腰曲げ初期角度を用いた第１動作軌跡を算出し、第１動作軌跡に基づき乗員の頭頂部とルーフサイドレールの下端部との干渉を判定している。
腰曲げ角度は、小さい程乗員の負担感が軽減されるため、経験値や事前の実験等によりルーフレール高さＤ５に対して余裕を持って干渉しない値を腰曲げ初期角度に設定する。
第１動作軌跡がルーフレール高さＤ５に干渉しない場合、そのときの設計諸元値は妥当であると判断され、車両側設計要件を満たす設計諸元値として表示される。
第１動作軌跡がルーフレール高さＤ５に干渉する場合、腰曲げ初期角度が腰曲げ限界角度よりも小さいため、腰曲げ初期角度に所定角度、例えば、５°増加して、再度第１動作軌跡による判定を行う。この第１動作軌跡による判定は、腰曲げ初期角度に対して所定角度が加算した腰曲げ角度が設定される度に実行され、腰曲げ角度が腰曲げ限界角度に到達するまで繰り返される。
【００３４】
腰曲げ限界角度を条件とした第１動作軌跡がルーフレール高さＤ５に干渉する場合、腰曲げ限界角度を拘束条件に加えると共に他の設計諸元値に優先してシート高さＤ３を所定高さ分下方修正した第２動作軌跡を算出している。
前述したように、乗員が腰曲げ限界角度以上の姿勢で降車する場合、乗員は違和感又は負担感を感じるため、優先する設計要件（ルーフレール高さＤ５）以外で且つ乗員の降車性に対して最も寄与率の高い設計諸元（シート高さＤ３）を設定するためである。
【００３５】
シート高さＤ３の下方修正は、前席の場合、シートクッションの後側部分を前側部分に比べて所定量下方修正し、後席の場合、シートクッション全体を下方修正する。
所定量下方修正されたシート高さＤ３を条件とした第２動作軌跡がルーフレール高さＤ５に干渉しない場合、そのときの設計諸元値は妥当であると判断され、車両側設計要件を満たす設計諸元値として表示される。
所定量下方修正されたシート高さＤ３を条件とした第２動作軌跡がルーフレール高さＤ５に干渉する場合、更にシート高さＤ３を所定量下降修正して、再度第２動作軌跡による判定を行い、この第２動作軌跡による判定をシート高さＤ３が下限値に到達するまで繰り返す。
【００３６】
シート高さＤ３の下限値を条件とした第２動作軌跡がルーフレール高さＤ５に干渉する場合、シート高さＤ３の下限値を拘束条件に加えると共に他の設計諸元値に優先してフロントピラー位置Ｄ６及びフロントピラー傾斜角度Ｄ７を修正した第３動作軌跡を算出している。
図６に示すように、開口高さ特性は、乗員の着座中心（ヒップポイント）高さが高くなる程、乗員の頭頂部が通過する高さ（開口高さ）が高くなり、所定の着座中心高さ以上で頭頂部が通過する高さが略収束する傾向を有している。
特に、着座中心高さが５００〜６００ｍｍの領域において、着座中心高さと頭頂部が通過する開口高さの比率が１．３であるため、着座中心高さを１０ｍｍ下げることにより頭頂部が通過する高さを１３ｍｍ下げることができる。
【００３７】
フロントピラー位置Ｄ６及びフロントピラー傾斜角度Ｄ７の修正は、前席乗員の頭頂部が通過する地点に対応したフロントピラー下端部分の高さ位置を所定量高くする修正である。後端が固定されている場合、前端を前方に移行させる（傾斜角度を小さくする）ことで、乗員の頭頂部が通過する部分の高さ位置を高くすることができ、フロントピラーの上端位置を維持した状態で断面積を小さくすることにより、フロントピラーの下端を上方に移行させることができる。
【００３８】
所定量上方修正されたフロントピラー位置Ｄ６及びフロントピラー傾斜角度Ｄ７を条件とした第３動作軌跡がルーフレール高さＤ５に干渉しない場合、そのときの設計諸元値は妥当であると判断され、車両側設計要件を満たす設計諸元値として表示される。
所定量上方修正されたフロントピラー位置Ｄ６及びフロントピラー傾斜角度Ｄ７を条件とした第３動作軌跡がルーフレール高さＤ５に干渉する場合、更にフロントピラー位置Ｄ６及びフロントピラー傾斜角度Ｄ７を修正して、再度第３動作軌跡による判定を行い、この第３動作軌跡による判定をフロントピラー位置Ｄ６及びフロントピラー傾斜角度Ｄ７が上限値に到達するまで繰り返す。
【００３９】
フロントピラー位置Ｄ６及びフロントピラー傾斜角度Ｄ７の上限値を条件とした第３動作軌跡がルーフレール高さＤ５に干渉する場合、フロントピラー位置Ｄ６及びフロントピラー傾斜角度Ｄ７の上限値を拘束条件に加えると共に他の設計諸元値に優先してサイドシル上端高さＤ１１を所定量下方修正した第４動作軌跡を算出している。
サイドシル上端高さＤ１１の修正は、サイドシル上端高さＤ１１を低くして、サイドシル上端とルーフサイドレール下端との離隔距離を広くする修正である。
サイドシルの下端位置を維持した状態で断面積を小さくすることにより、サイドシル上端とルーフサイドレール下端との離隔距離を広くすることができる。
【００４０】
所定量下方修正されたサイドシル上端高さＤ１１を条件とした第４動作軌跡がルーフレール高さＤ５に干渉しない場合、そのときの設計諸元値は妥当であると判断され、車両側設計要件を満たす設計諸元値として表示される。
所定量下方修正されたサイドシル上端高さＤ１１を条件とした第４動作軌跡がルーフレール高さＤ５に干渉する場合、更にサイドシル上端高さＤ１１を所定量下降修正して、再度第４動作軌跡による判定を行い、この第４動作軌跡による判定をサイドシル上端高さＤ１１が下限値に到達するまで繰り返す。
サイドシル上端高さＤ１１の下限値を条件とした第４動作軌跡がルーフレール高さＤ５に干渉する場合、現状において車両側設計要件を満たす設計諸元値が発見されなかったことをオペレータに報知する。
【００４１】
次に、図７のフローチャートに基づいて、設計諸元最適化制御処理手順について説明する。尚、Ｓｉ（ｉ＝１，２…）は、各処理のためのステップを示している。
【００４２】
図７に示すように、まず、ハードディスク５から、慣性モーメント、関節受動抵抗及び腰曲げ角度範囲等の人体特性を読み込む（Ｓ１）。
次に、ハードディスク５から、ドア部周辺の各構成部材の設計諸元値を読み込み（Ｓ２）、Ｓ３に移行する。
Ｓ３では、腰関節角度θｂが腰曲げ限界角度４０°よりも小さい腰曲げ初期角度を設定して、Ｓ４に移行する。
Ｓ４では、拘束条件を設定して、Ｓ５に移行する。このＳ４では、車両側設計要件によりルーフレール高さＤ５に所定の固定値が設定される。
【００４３】
Ｓ５では、乗員の降車動作軌跡を演算して、Ｓ５に移行する。
このＳ５では、式（１），（５），（６）及び頭頂部ピラー通過フェーズにおいて腰曲げ初期角度を制約条件とした乗員の第１動作軌跡が算出される。
尚、拘束条件が変更される度に第２〜第４の動作軌跡が算出される。
【００４４】
Ｓ６では、動作軌跡がルーフレール高さＤ５を拘束条件とした仮想車両（のフロントピラー又はルーフサイドレール）に干渉しないか否か判定する。
Ｓ６の判定の結果、第１動作軌跡がルーフレール高さＤ５を拘束条件とした仮想車両に干渉しない場合、現状の設計諸元値で車両側設計要件を満足するため、Ｓ７に移行する。
Ｓ７では、現状の設計諸元値と第１動作軌跡を表示した後、終了する。
Ｓ６の判定の結果、第１動作軌跡がルーフレール高さＤ５を拘束条件とした仮想車両に干渉する場合、現状の設計諸元値で車両側設計要件を満足しないため、Ｓ８に移行する。
【００４５】
Ｓ８では、腰曲げ角が腰曲げ限界角度未満か否か判定する。
Ｓ８の判定の結果、腰曲げ角が腰曲げ限界角度未満の場合、腰曲げ初期角度に所定角度増加して（Ｓ９）、Ｓ６に移行する。Ｓ６では、再度判定が行われ、第１動作軌跡が仮想車両に干渉する場合、腰曲げ角度が腰曲げ限界角度に到達するまで腰曲げ角の累積的増加を繰り返す。
【００４６】
Ｓ８の判定の結果、腰曲げ角が腰曲げ限界角度以上の場合、腰曲げ角を腰曲げ限界角度４０°に固定する。
Ｓ１１では、シート高さＤ３が下限値以上か否か判定する。
Ｓ１１の判定の結果、シート高さＤ３が下限値以上の場合、第２動作軌跡を作成するため、Ｓ１２に移行する。
【００４７】
Ｓ１２では、シート高さＤ３を所定量下方修正した後、Ｓ４に移行する。
Ｓ４では、腰曲げ限界角度４０°を拘束条件に追加し、継続するステップにて、第２動作軌跡の作成及び評価を行う。第２動作軌跡が仮想車両に干渉する場合、シート高さＤ３が下限値に到達するまでシート高さＤ３の累積的減少を繰り返す。
Ｓ１１の判定の結果、シート高さＤ３が下限値に到達した場合、シート高さＤ３を下降できないため、Ｓ１３に移行する。
【００４８】
Ｓ１３では、対象乗員が前席乗員か否か判定する。
Ｓ１３の判定の結果、対象乗員が前席乗員の場合、フロントピラーが調整対象になるため、Ｓ１４に移行する。
Ｓ１４では、フロントピラー位置Ｄ６及びフロントピラー傾斜角度Ｄ７が上限値以下か否か判定する。
Ｓ１４の判定の結果、フロントピラー位置Ｄ６及びフロントピラー傾斜角度Ｄ７が上限値以下の場合、フロントピラーを調整した第３動作軌跡を作成するため、Ｓ１５に移行する。
【００４９】
Ｓ１５では、フロントピラー位置Ｄ６又はフロントピラー傾斜角度Ｄ７を所定量上方修正した後、Ｓ４に移行する。
Ｓ４では、シート高さＤ３の下限値を拘束条件に追加し、継続するステップにて、第３動作軌跡の作成及び評価を行う。第３動作軌跡が仮想車両に干渉する場合、フロントピラー位置Ｄ６又はフロントピラー傾斜角度Ｄ７が上限値に到達するまでフロントピラー位置Ｄ６又はフロントピラー傾斜角度Ｄ７の累積的増加を繰り返す。
【００５０】
Ｓ１３の判定の結果、対象乗員が前席乗員ではない場合、又は、Ｓ１４の判定の結果、フロントピラー位置Ｄ６及びフロントピラー傾斜角度Ｄ７が上限値に到達した場合、Ｓ１６に移行する。
Ｓ１６では、サイドシル上端高さＤ１１が下限値以上か否か判定する。
Ｓ１６の判定の結果、サイドシル上端高さＤ１１が下限値以上の場合、第４動作軌跡を作成するため、Ｓ１７に移行する。
【００５１】
Ｓ１７では、サイドシル上端高さＤ１１を所定量下方修正した後、Ｓ４に移行する。
Ｓ４では、フロントピラー位置Ｄ６及びフロントピラー傾斜角度Ｄ７の上限値を拘束条件に追加し、継続するステップにて、第４動作軌跡の作成及び評価を行う。第４動作軌跡が仮想車両に干渉する場合、サイドシル上端高さＤ１１が下限値に到達するまでサイドシル上端高さＤ１１の累積的減少を繰り返す。
Ｓ１６の判定の結果、サイドシル上端高さＤ１１が下限値に到達した場合、現状において車両側設計要件を満たす設計諸元値が発見できないため、Ｓ１８に移行する。
Ｓ１８では、オペレータに報知した後、終了する。
【００５２】
次に、上記車両用制御装置の作用、効果について説明する。
実施例１に係る車両用設計支援方法によれば、複数の関節部位を有する人体特性から乗員の腰部の関節受動抵抗が腰曲げ限界に対応した関節受動抵抗以下になる腰曲げ角度範囲と設計諸元値とを準備するステップＳ１，Ｓ２を有するため、頚関節等他の関節に比べて降車時の動作軌跡に対して影響が大きい腰部の腰曲げ角度範囲を事前に保有することができる。設計諸元値のうちルーフサイドレール下端位置を含む拘束条件を設定するステップＳ４と、設計諸元値と拘束条件を満たす仮想車両に対する乗員の乗降動作を少なくとも腰曲げ角度範囲の最も大きい腰曲げ限界角度よりも小さい腰曲げ初期角度を用いた第１動作軌跡にてシミュレーションするステップＳ５を有するため、不自然な動作軌跡を排除しつつ車両側設計要件であるルーフサイドレール下端位置を優先した第１動作軌跡を作成することができる。
そして、第１動作軌跡がルーフサイドレール下端に干渉するとき、腰曲げ初期角度を腰曲げ角度範囲内において段階的に増加した腰曲げ角度を用いて第１動作軌跡がルーフサイドレール下端に干渉するか否か判定するステップＳ９，Ｓ６を有するため、設計要件の適合性を確保しながら乗員の負担感を軽減することができる。
【００５３】
第１動作軌跡がルーフサイドレール下端に干渉するとき、腰曲げ限界角度を拘束条件に追加すると共に設計諸元値のうちシート高さＤ３を段階的に低く設定した第２動作軌跡にてシミュレーションするステップＳ４，Ｓ５，Ｓ１２と、第２動作軌跡がルーフサイドレール下端に干渉するか否か判定するステップＳ６と、を有するため、車体剛性に影響を与えないシート高さＤ３の変更により、不自然な動作軌跡を排除しつつ車両側設計要件であるルーフサイドレール下端位置を維持可能な第２動作軌跡を作成することができる。
【００５４】
シート高さＤ３の下限値を用いた第２動作軌跡がルーフサイドレール下端に干渉するとき、シート高さＤ３の下限値を拘束条件に追加すると共に設計諸元値のうちフロントピラー位置Ｄ６等を段階的に高く設定した第３動作軌跡にてシミュレーションするステップＳ４，Ｓ５，Ｓ１５と、第３動作軌跡がルーフサイドレール下端に干渉するか否か判定するステップＳ６と、フロントピラー位置Ｄ６等の上限値を用いた第３動作軌跡がルーフサイドレール下端に干渉するとき、フロントピラー位置Ｄ６等の上限値を拘束条件に追加すると共に設計諸元値のうちサイドシル上端高さＤ１１を段階的に低く設定した第４動作軌跡にてシミュレーションするステップＳ４，Ｓ５，Ｓ１７と、第４動作軌跡がルーフサイドレール下端に干渉するか否か判定するステップＳ６と、を有するため、シート高さＤ３の下限値を用いた第２動作軌跡がルーフサイドレール下端に干渉するとき、または、フロントピラー位置Ｄ６等の上限値を用いた第３動作軌跡がルーフサイドレール下端に干渉するときであっても、ルーフサイドレール下端位置を維持可能な動作軌跡を作成することができる。
【００５５】
腰曲げ限界に対応した関節受動抵抗が約６５Ｎｍであり、腰曲げ限界に対応した関節受動抵抗以下になる腰曲げ角範囲が約４０度以下であるため、実際には曲げることが困難な範囲まで腰関節を曲げるような動作軌跡を確実に排除することができ、実際の人間の動作に即した動作軌跡を作成することができる。
【００５６】
実施例１に係る車両用設計支援装置によれば、複数の関節部位を有する人体特性から乗員の腰部の関節受動抵抗が腰曲げ限界に対応した関節受動抵抗以下になる腰曲げ角度範囲と設計諸元値とを記憶するハードディスク５を有するため、頚部等他の関節に比べて降車時の動作軌跡に対して影響が大きい腰部の腰曲げ角度範囲を事前に保有することができる。
設計諸元値のうちルーフサイドレール下端位置を含む拘束条件を設定すると共に、設計諸元値と拘束条件を満たす仮想車両に対する乗員の乗降動作を少なくとも腰曲げ限界角度よりも小さい腰曲げ初期角度を用いた第１動作軌跡にてシミュレーションするＣＰＵ２を有するため、不自然な動作軌跡を排除しつつ車両側設計要件であるルーフサイドレール下端位置を優先した第１動作軌跡を作成することができる。
そして、ＣＰＵ２は、第１動作軌跡がルーフサイドレール下端に干渉するとき、腰曲げ初期角度を腰曲げ角度範囲内において段階的に増加した腰曲げ角度を用いて第１動作軌跡がルーフサイドレール下端に干渉するか否か判定するため、設計要件の適合性を確保しながら乗員の負担感を軽減することができる。
【００５７】
その他、当業者であれば、本発明の趣旨を逸脱することなく、前記実施形態に種々の変更を付加した形態や各実施形態を組み合わせた形態で実施可能であり、本発明はそのような変更形態も包含するものである。
【符号の説明】
【００５８】
１      設計支援装置
２      ＣＰＵ
５      ハードディスク
【図１】
2019125157.tif 000006
【図２】
2019125157.tif 000007
【図３】
2019125157.tif 000008
【図４】
2019125157.tif 000009
【図５】
2019125157.tif 000010
【図６】
2019125157.tif 000011
【図７】
2019125157.tif 000012
【図８】
2019125157.tif 000013
【図９】
2019125157.tif 000014
【図１０】
2019125157.tif 000015