(57)【要約】【課題】  従来の強度解析手法では、車両衝突時に必要な耐力強度を部品毎に評価することができず、車両の衝突安全性の確保と軽量化を両立させるための車両設計に効率よく寄与することができなかった。【解決手段】  車両の複数の部位のうちの少なくとも１つの部位のＣＡＤおよびＣＡＥデータを変更することで構造変更を行い（Ｓ３）、構造変更前後の各部位の内部エネルギーの変化量を計算し（Ｓ５）、計算された各変化量に基づいて、軽量化可能な部位を提示する（Ｓ９）。【選択図】  図２８
2008033689.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の少なくとも一部を構成する各部位のＣＡＤおよびＣＡＥデータを記憶する記憶手段と、
前記記憶手段に記憶された前記ＣＡＤおよびＣＡＥデータに基づいて各部位の衝突エネルギー吸収に関する値を計算する計算手段と、
前記計算手段により計算された各部位の衝突エネルギー吸収に関する値に基づいて前記車両の前記少なくとも一部の変形モードに関する情報を表示する表示手段と、
を備え、
前記衝突エネルギー吸収に関する値は、内部エネルギーを含むことを特徴とする車両設計支援装置。
【請求項２】
前記内部エネルギーは、要素応力と要素歪みとの積を積分することにより得られる歪みエネルギーと、Hourglass変形に抵抗するエネルギーを示すHourglassエネルギーとの和であることを特徴とする請求項１に記載の車両設計支援装置。
【請求項３】
車両の複数の部位のうちの少なくとも１つの部位のＣＡＤおよびＣＡＥデータを変更することで構造変更を行う構造変更手段と、
前記構造変更手段による構造変更前後の各部位の内部エネルギーの変化量を計算する計算手段と、
前記計算手段により計算された各変化量に基づいて、軽量化可能な部位を提示する提示手段と、
を有することを特徴とする車両設計支援装置。
【請求項４】
前記提示手段は、構造変更後の内部エネルギーと構造変更前の内部エネルギーとの差を各部位ごとに算出し、該差の値に基づいて、軽量化可能な部位を提示することを特徴とする請求項３に記載の車両設計支援装置。
【請求項５】
車両の少なくとも一部を構成する各部位のＣＡＤおよびＣＡＥデータを記憶する記憶手段と、
前記記憶手段に記憶された前記ＣＡＤおよびＣＡＥデータに基づいて各部位の内部エネルギーを計算する内部エネルギー計算手段と、
前記内部エネルギー計算手段により計算された各部位の内部エネルギーを該当する部位の重量で除すことで単位重量当たりのエネルギー吸収を示す効率を計算する効率計算手段と、
各部位の潰れ量を計算する潰れ量計算手段と、
前記潰れ量計算手段により計算された潰れ量が所定範囲内にあり、かつ、前記効率計算手段により計算された各部位の効率が大きくなるように各部位の少なくともいずれかの構造変更を行う構造変更手段と、
を有することを特徴とする車両設計支援装置。
【請求項６】
前記構造変更は前記少なくともいずれかの部位の板厚の変更であることを特徴とする請求項５に記載の車両設計支援装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両設計支援装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常の車両衝突現象では、初期に車両は運動エネルギーだけを持つ。衝突現象の間に、この運動エネルギーは段々と吸収され変形（歪みエネルギー）に変換される。そして衝突現象の後には車両変形とともに運動エネルギーが幾らか残る。それゆえに車両におけるエネルギー吸収分布とそのマネージメントは、その時刻暦特性とともに車体構造を設計する際には、理論的に本質的でありかつ重要である。
【０００３】
しかしながら、車体構造に関するこれまでの研究では、荷重や力が評価の主要指標として用いられており、衝突エネルギー吸収の主要部位と考えられてきたこともあり、バンパーやフロントサイドレールに研究が注力されてきた（非特許文献１，２参照）。
【０００４】
【非特許文献１】Akira Toyama, Kenji Hatano, and Eiji Murakami, “Numerical Analysis of Vehicle Frontal Crash Phenomena”, SAE, 920357, 1992
【非特許文献２】L. Grosch, K.-H. Baumann, H. Holtze, and W. Schwede, “Safety Performance of Passenger Cars Designed to Accommodate Frontal Impacts with Partial Barrier Overlap”, SAE, 890748, 1989
【非特許文献３】Ryota Murakami, Koji Mizuno, Kunio Yamazaki and Yuji Arai, “The Evaluation of Barrier Load at Full-width Crash Test”, JSAE, Proceedings 2005 No.109-05, 20055850, 2005
【非特許文献４】Belytschko T. and Tsay, “A Stabilization procedure for the quadrilateral plate element with one-point quadrature”, Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, 55:259-300, 1986
【非特許文献５】Belytschko T. and Leviathan I. “Physical Stabilization of the 4-node shell element with one-point quadrature”, Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, 113:321-350, 1992
【非特許文献６】Mecalog S.A.R.L. “RADIOSS Version 5 Theory Manual”, Mecalog S.A.R.L., 2005
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このため、従来の強度解析手法では、車両衝突時に必要な耐力強度を部品毎に評価することができず、車両の衝突安全性の確保と軽量化を両立させるための車両設計に効率よく寄与することができなかった。
【０００６】
したがって本発明は、車両の衝突安全性の確保と軽量化を両立するような自動車設計のための有用な車両設計支援装置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】
本発明の一側面によれば、車両の少なくとも一部を構成する各部位のＣＡＤおよびＣＡＥデータを記憶する記憶手段と、前記記憶手段に記憶された前記ＣＡＤおよびＣＡＥデータに基づいて各部位の衝突エネルギー吸収に関する値を計算する計算手段と、前記計算手段により計算された各部位の衝突エネルギー吸収に関する値に基づいて前記車両の前記少なくとも一部の変形モードに関する情報を表示する表示手段とを備え、前記衝突エネルギー吸収に関する値は、内部エネルギーを含むことを特徴とする車両設計支援装置が提供される。
【０００８】
この構成によれば、ロードセルによって計測されたバリア荷重から計算されるエネルギーを精度よく算出することができ、部品毎のエネルギー吸収を明確にすることが可能になる。
【０００９】
本発明の好適な実施形態によれば、前記内部エネルギーは、要素応力と要素歪みとの積を積分することにより得られる歪みエネルギーと、Hourglass変形に抵抗するエネルギーを示すHourglassエネルギーとの和であることが好ましい。
【００１０】
この構成によれば、シミュレーションの精度を向上させることができる。
【００１１】
本発明の別の側面によれば、車両の複数の部位のうちの少なくとも１つの部位のＣＡＤおよびＣＡＥデータを変更することで構造変更を行う構造変更手段と、前記構造変更手段による構造変更前後の各部位の内部エネルギーの変化量を計算する計算手段と、前記計算手段により計算された各変化量に基づいて、軽量化可能な部位を提示する提示手段とを有することを特徴とする車両設計支援装置が提供される。
【００１２】
この構成によれば、車両衝突時に必要な耐力強度を部品毎に評価し、車両全体に必要な強度と軽量化の両立を図ることができる。
【００１３】
本発明の好適な実施形態によれば、前記提示手段は、構造変更後の内部エネルギーと構造変更前の内部エネルギーとの差を各部位ごとに算出し、該差の値に基づいて、軽量化可能な部位を提示することが好ましい。
【００１４】
この構成によれば、構造変更によって軽量化可能になった部位だけが提示されるので、ユーザは軽量化検討の参考とすることができ、ユーザの利便性が増すことになる。
【００１５】
本発明の更に別の側面によれば、車両の少なくとも一部を構成する各部位のＣＡＤおよびＣＡＥデータを記憶する記憶手段と、前記記憶手段に記憶された前記ＣＡＤおよびＣＡＥデータに基づいて各部位の内部エネルギーを計算する内部エネルギー計算手段と、前記内部エネルギー計算手段により計算された各部位の内部エネルギーを該当する部位の重量で除すことで単位重量当たりのエネルギー吸収を示す効率を計算する効率計算手段と、前記潰れ量計算手段により計算された潰れ量が所定範囲内にあり、かつ、前記効率計算手段により計算された各部位の効率が大きくなるように各部位の少なくともいずれかの構造変更を行う構造変更手段とを有することを特徴とする車両設計支援装置が提供される。
【００１６】
この構成によれば、車体構造の重量を効率よく削減することが可能になる。
【００１７】
なお本発明の好適な実施形態においては、前記構造変更は前記少なくともいずれかの部位の板厚の変更とした。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、車両の衝突安全性の確保と軽量化を両立するような自動車設計のための、より有用な車両設計支援装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
近年のコンピュータやその応用技術の継続的な発達のおかげで、100万要素・節点を超える有限要素法モデルも全く普通となってきた。これらのモデルでは、ほとんど全ての車両部品やコンポーネントが5mmあるいは10mmといったシェルやソリッドを用いて等しくモデル化されている。これにより全ての車体部品の内部エネルギー（Internal Energy）を等しい精度で評価することが可能になっている。この結果、パネル部品や過去には重要でないと考えられてきたコンポーネントなどの部品も内部エネルギーを用いることによって客観的に等しく評価することができる。このことは車両重量を軽減するために大きな可能性を与えてくれるものである。
【００２０】
以下では、CAE(Computer Aided Engineering)により求められる内部エネルギーをロードセルによって計測された物理実験結果から計算されたエネルギーと比較する。そしてその一貫性・等価性を証明する。そののち、内部エネルギーを用いた幾つかの検討を行い、車体構造を設計する際の指標のひとつとして内部エネルギーを採用することの有益さを示す。
【００２１】
地球上の環境を清潔かつ健康に保つためには、CO2を削減しより良い燃費を得ることが自動車業界の緊急の課題である。衝突開発エンジニアにとって、車体構造やフレームワークは衝突安全性に高度に依存するために、車体重量の軽減が、最大の命題である。この目的のため、CAEにより求められる内部エネルギーが車体構造を最適化し、重量を軽減するための優れた評価指標であることを以下に証明する。
【００２２】
＜試験体を用いた試験とCAEの概要＞
【００２３】
（試験体と試験手順）
本試験に用いる試験体の断面形状と写真を図１に示す。
【００２４】
１つの試験体の高さは200mmとした。フランジ部で試験体はスポット溶接にて40mm間隔で、全体では10点結合する。上面と底面には、固定し、落錘(647kg)を負荷するために厚板が試験体に溶接されている。材料としては軟鋼としそして試験体はプレス成型による加工硬化を受けないように単に折り曲げ製作とした。本研究では断面を形成する２部品の板厚は同じとした。後に述べる試験体を２つ使う落錘試験においては、これと同じ試験体を上・下に使い、積み重ね、中央で溶接し一つとした。試験体の板厚はテスト条件毎に設定する。
【００２５】
この断面を持つ試験体を用いた各実験は実験の有効性・信頼性を確実にするために３回実施する。試験体の底面に設置されたロードセルにより、垂直(z)方向のみ、バリア荷重が計測される。吸収されたエネルギーは実験あるいはCAEのバリア荷重（非特許文献３参照）を用いて図２に示すように計算する。
【００２６】
また、CAE結果と比較するために、高速度デジタルビデオを用いて、変形モードを記録する。
【００２７】
（CAEモデルとCAEにより求められる内部エネルギー）
CAEモデルに関しては、実験条件に従い、5mmメッシュで試験体をモデル化した。そして初速度と重力加速度場を与えた落錘を負荷した。計算はNEC社製のSX-6を使いRADIOSSにより実施した。実際の落錘試験を実施する前に、CAEにより各条件の潰れ量を見積もり、目標のエネルギーを正確に実現するために、落錘を落とす高さを決定した。
【００２８】
テスト後には、観察結果に基づきCAEモデルの整合を取った。CAEモデルは最初は図１に従い正確・完璧に組み立て、落錘は上面に正確・均一に当たる。一方で実際の試験体は手作業で製作、溶接されそして実験台に固定され落錘を当てられる。これらの結果ビデオを観察した結果、全18ケースのうちたった１ケースしか落錘が上面に正確・均一に当たらなかった。図３は実際のおもりが上面にどのように当たるかの典型例の１つである。この場合、落錘は上面の右角に最初に当たりそして1.0msec.後に左角に接触する。このため落錘に角度を与えることとした。整合検討の後に、角度は最終的に2.0度と決定した。この角度付与は、この研究中では、落錘によるテストに全てに適用した。
【００２９】
内部エネルギーを評価する際にCAEではもう一つの問題がある。前述したように、増大したモデルサイズのおかげで実車衝突解析において車体部品のエネルギーを等しく評価することが可能になった一方で、依然としてCPU時間の制限が残っている。アワグラス（Hourglass）変形のない全積分シェル要素は依然として使うことができない。このため、Belytschko-Tsayシェル要素(以後は「B-T要素」と略す)（非特許文献４，５参照）などの次数低減要素が一般的に利用されており、これら要素では歪みエネルギー（Strain Energy）とHourglassエネルギー（Hourglass Energy）が生成される。歪みエネルギーは衝突解析ソフトウェア内で要素応力と要素歪みの積を積分することによって計算される物理的に意味を持つエネルギーである。HourglassエネルギーはHourglass変形（Hourglass deformations）（非特許文献６参照）に抵抗するために数値的に生成・付加されるエネルギーである。それゆえ以下では、Hourglassエネルギーは変形によって誘起された内部エネルギーの一つとして考え、次式のようにCAEにより求められる内部エネルギーに加えるべきものと考える。全積分シェルが用いられる場合は、Hourglassエネルギーはゼロである。
【００３０】
CAE Internal Energy = Strain Energy + Hourglass Energy
【００３１】
＜単一試験体を用いた落錘試験＞
最初に単一試験体を用いた落錘試験を実施する。試験体の板厚は1.4mmとした。この試験における目標エネルギーは7.5kJとしたが、これはCAEによると単一試験体を完全に潰し切るエネルギー量である。図４に変形モードの比較を示す。図からも分かるように、変形モードは極めて類似しており、しわの数も同じである。図５にはこの試験における荷重−たわみ線図とエネルギー吸収線図を示す。また図６には変形量やエネルギー値を示す。
【００３２】
荷重−たわみ線図とともに全体の荷重レベルは非常に似通っている。エネルギー吸収線図もまた非常に近い。実際の試験におけるバリア荷重から計算したエネルギー値の平均とは0.7kJの差がある。この要因はスポット溶接破断や摩擦などと思われる。全積分要素を使ったCAE結果はB-Tシェルの結果よりも荷重−たわみやエネルギー吸収曲線において実際の試験結果と非常に良い一致を示している。しかしながらこのような簡単な条件においても６倍長いというCPU時間のハンデがある。内部エネルギーで見ればB-Tシェルでも試験結果と充分良い結果である。これらに基づけば、全てこれらエネルギーは充分に近い値を示しており、バリア荷重から計算したエネルギーとCAEにより求められる内部エネルギーはこの単一試験体を用いた落錘試験において等価であると言える。
【００３３】
＜２試験体積み上げ落錘試験＞
次に、より複雑なテスト形態を用いて、内部エネルギーの一貫性を再度確認する。図７に示すように、２つの試験体が積み上げられ落錘のおもりが上面に当てられる。上と下の試験体の板厚はそれぞれ1.0mmと1.4mmとする。目標のエネルギーは10.5kJであり、これは上か下のいずれかの試験体を完全に潰した上でもう一方の試験体をある程度潰すエネルギー量である。
【００３４】
図８の（ａ），（ｂ）に試験とCAEによる変形モードをそれぞれ示す。わずかな差は認められるが、しわの数や潰れの順などの全体の変形様式や潰れモードは大変似通っている。
【００３５】
図９、図１０、図１１に、変形モード、荷重−たわみ線図・エネルギー線図、エネルギー値をそれぞれ示す。変形モードおよび荷重−たわみ線図は非常に類似している。特に全積分シェルを用いたCAE結果は再度試験結果と非常に優れて近似した結果と示している。B-Tシェルを用いたCAE結果はCPU時間を考えると充分に良い結果を示しており、上側試験体が潰れ切る150mm潰れの時期だけズレを認めるレベルである。このことはCAEの差は要素が大変形を受ける時の要素精度に起因していることを意味している。これらの結果を考えるとバリア荷重から計算したエネルギーとCAEにより求められる内部エネルギーはこの２試験体積み上げ落錘試験においても等価であるということができる。
【００３６】
＜潰れ順の影響＞
次に、前述の２試験体積み上げ落錘試験と同じテスト形態を用いて内部エネルギーに対する潰れ順の影響を検証する。図１２に示すように、下試験体には同じ1.4mmの板厚に対して上試験体には５種類の板厚を選択した。ここでD-1-14は前述の２試験体積み上げ落錘試験の条件と同じである。これ以後のCAEはB-Tシェルのみを用いて実施する。
【００３７】
バリア荷重（実験）から計算したエネルギーとCAEにより求められる内部エネルギーの結果を図１３にまとめた。また潰れ順と観察された特有現象を図１４に示す。
【００３８】
図１３より、全体のエネルギー変化、傾向や値が、試験とCAEとの間でよい相関を示している。したがって、バリア荷重から計算したエネルギーとCAEにより求められる内部エネルギーは潰れ順によらず等価であると言える。
【００３９】
D-16-14の場合、変形モードは完全には同じではない。図１４によると、変形モードの遷移現象が見て取れる。試験とCAEの双方の変形モード観察から潰れ順に関する遷移現象がこの剛性・板厚の組み合わせ (上試験体：1.6mm、下試験体：1.4mm)の付近で発生していることを示唆している。このことは変形現象の変化を、内部エネルギーを注視することによって感知できることを意味している。上から順に潰れる変形モードは図８(a)と図８(b)に既に示したので、下から潰れる変形モードとして、D-18-14のケースを図１５(a)と図１５(b)に示す。もし設計検討中に内部エネルギーの変化を発見したら、それは変形モードあるいは現象の変化を示すものである。ここでの検討はバンパーとサイドレール構造の簡略化したものに相当する。図１３の結果は、バンパー系のエネルギー吸収量を制御しながら、車両の前側から安定した連続的な潰れモードを得るためには適切な剛性段差を持つべきであることを示している。
【００４０】
＜フロントサイドレールを使った剛壁に対する台車テスト＞
次に、実車から切り出したフロントサイドレールを取り付けた台車を用いて、CAEにより求められる内部エネルギーとバリアロードセルから計算したエネルギーの等価性を再度確認する。図１６に、テストの据え付け状態と、平均サイズ7mmで表した63000節点76000要素からなるCAEモデルを示す。
【００４１】
台車のテスト重量と剛壁に対する衝突速度は、それぞれ1200kgと40km/h (11.11m/s)とし、全衝突エネルギーは74.1kJとなる。台車テストはテストバラつきを検証するために二度実施する。図１７には、テスト後のフロントサイドレールにおける変形モードの比較を示す。変形モードは類似している。また時刻暦とエネルギーの数字は図１８および図１９に示すように良い一致を示している。簡易試験体を使った前述の場合よりも差異はむしろ小さくなっている。その一因は大変形領域が、モデルの全体大きさや変形現象を考えると限定的で小さいことが考えられる。
【００４２】
以上述べてきた全ての結果によれば、（通常は実際のテストを通じて得られる）バリアロードから計算したエネルギーと（歪みエネルギーにアワグラスエネルギーを加えた）CAEにより求められる内部エネルギーとの等価性・一貫性が証明できたと結論できる。よって、CAEにより求められる内部エネルギーを、衝突安全CAEにおける評価指標として使うことが可能である。
【００４３】
＜エネルギーマネージメント＞
続いて、CAEにより求められる内部エネルギーを車体構造改善や軽量化活動に適用することの利点を述べる。図２０に、前述の台車テストで用いたフロントサイドレールを示す。このレール系はフレームインナーとアウターとで構成される。そしてテーラードブランクの境界線によってそれぞれ２つ、３つの小領域に分かれている。このレール系（ベース状態）の全５つの小領域の内部エネルギー分布を図２１に示す。
【００４４】
図２１より、フロントサイドレールの半分以上のエネルギーが“IN.Front”で吸収されていることが分かる。また、図２１には、重量当たりのエネルギー吸収（以下「効率（efficiency）」という。）も示されている。この「効率」を使うと、”IN.Front”は“OUT.Front”や“OUT.Mid”の２倍働いている。もしこれらの小領域の効率を、近い値あるいは同じにできれば、全ての小領域が同等に働き、効率的にエネルギーを吸収すると言える。そこで、たとえば、効率の高い部位の板厚を厚くする一方、効率の低い部位の板厚を薄くすることによって、幾つかの選択肢を設定し、図２２に示すようにそれらを評価した。なお、上記にかえて、軽量化の観点から効率の低い部位の板厚を薄くすることのみを選択肢として設定することとしても良い。これらの選択肢を検討する際には、後述するように、現在の変形モード（ベース（図１７））および潰れ量（図１８）も考慮に入れた。
【００４５】
図２２に示すように、W/R#3が、重量、効率、および潰れ量の全てにおいて最も優れた結果を示す。W/R#3における詳細エネルギー値を図２３に示す。図２３を図２１と比較すると、“OUT.Mid”などの部位がベースよりもより機能し、多くのエネルギーを吸収している。各部の効率値はより近接し全体としての効率も向上している。重量軽減は0.68kgとなり元のサイドレール系の5.3%に相当する。図２４に、重量と効率の変化グラフおよびW/R#3の変形モードを示す。元の変形モードは保持され、エネルギー吸収面からは図１７に対してむしろ改善されている（より軸圧壊のモード）。W/R#3の荷重−たわみ線図とエネルギー吸収線図を図２５に示す。図２４と図２５から、我々のこの検討に対する意図、内部エネルギーを使うことがよい結果をもたらすことを確認できた。
【００４６】
この例からも変形量、加速度や力・荷重などの現在の評価指標に内部エネルギーあるいは効率という考慮を加えることが、軽量な車両構造の設計に大きく貢献するといえよう。
【００４７】
＜実施例＞
以下では、上述の検討に基づき、評価尺度として内部エネルギーを用いた車両設計支援装置の実施例を示す。
【００４８】
本実施例における車両設計支援装置は専用のハードウェアロジックにより実現することもできるが、現在では汎用のコンピュータシステムによって十分実用的なレベルで実現することが可能である。具体的には、近年のコンピュータの演算能力によれば、前述したように、100万要素・節点を超える有限要素法モデルも全く普通のものであり、これらのモデルでは、ほとんど全ての車両部品やコンポーネントが5mmあるいは10mmといったシェルやソリッドを用いて等しくモデル化されうる。これにより全ての車体部品の内部エネルギーを等しい精度で評価することが可能である。
【００４９】
図２６は、本実施例における車両設計支援装置を実現するコンピュータシステムの概略構成を示す図である。図示のコンピュータシステムは、システム全体の制御をつかさどるＣＰＵ１、ブートプログラムや固定的なデータ等を記憶しているＲＯＭ２、メインメモリとして機能するＲＡＭ３をはじめ、以下の構成を備える。
【００５０】
ＨＤＤ４は２次記憶装置としてのハードディスクドライブであって、図２７に示すように、ここにオペレーティングシステム（ＯＳ）４１、ＣＡＤおよびＣＡＥプログラム４２、構造解析プログラム４３が格納される。また、ＣＡＤおよびＣＡＥプログラム４２によって作成されるＣＡＤおよびＣＡＥデータ４４、構造解析プログラム４３によって作成される内部エネルギーデータ４５もこのＨＤＤ４に記憶される。
【００５１】
ＶＲＡＭ５は表示しようとするイメージデータを展開するメモリであり、ここにイメージデータ等を展開することで画面表示装置の一例であるＣＲＴ６に表示させることができる。７および８はそれぞれ、入力装置としてのキーボードおよびマウスである。また、このコンピュータシステムはインタフェース（Ｉ／Ｆ）９を介して外部機器と通信を行うことが可能である。
【００５２】
以上の構成において、ＣＡＤおよびＣＡＥプログラム４２および構造解析プログラム４３は例えば、キーボード７あるいはマウス８からの特定の指示イベントに応じて起動される。その際に、両プログラムはＲＡＭ３にロードされ、ＣＰＵ１によって実行される。これによってこのコンピュータシステムは車両設計支援装置として機能することになる。
【００５３】
図２８は、本実施例における車両設計支援装置のＣＡＤおよびＣＡＥプログラム４２および構造解析プログラム４３に従う処理例を示すフローチャートである。
【００５４】
まず、ステップＳ１では、車両を各パーツに分割する。ここではユーザの指示（すなわち、キーボード７またはマウス８からの指示信号）に応じて任意のブロックあるいはパーツに分割することが可能である。分割された各パーツはＣＡＤおよびＣＡＥデータ４４としてＨＤＤ４に記憶される。
【００５５】
次にステップＳ２で各パーツのＣＡＤおよびＣＡＥデータをＲＡＭ３に読み出して、ステップＳ３で、ユーザの指示に応じて構造変更を実施する。ステップＳ４では、構造変更後のＣＡＤおよびＣＡＥデータをＨＤＤ４に構造変更前のデータとは別に記憶する。
【００５６】
次にステップＳ５で、構造変更前の各パーツの内部エネルギーと構造変更後の各パーツの内部エネルギーを計算する。ここで、内部エネルギーは、荷重（Ｆ）×変位（Ｓ）にて算出可能である。計算された内部エネルギーは、内部エネルギーデータ４５としてＨＤＤ４に記憶される。次に、ステップＳ６で、パーツ毎に、構造変更後の内部エネルギーと構造変更前の内部エネルギーとの変化分を算出する。
【００５７】
そして、ステップＳ８で、ステップＳ６で算出した変化分が負の値となっているパーツを抽出し、ステップＳ９で、抽出したパーツに対し軽量化案をＣＲＴ６に表示する。
【００５８】
図２９は、車両設計支援装置の処理の変形例を示すフローチャートである。この変形例に係る処理は、上述の「エネルギーマネージメント」の項で説明した「効率」を用いた処理に相当するものである。
【００５９】
まず、ステップＳ１１で、 ユーザによるキーボード７またはマウス８の操作入力に基づき評価対象部位を決定する。ここでは上述の「エネルギーマネージメント」の項の例と同様、フロントサイドレールがユーザにより指定されたものとする。
【００６０】
次にステップＳ１２で、評価対象部位であるフロントサイドレールを構成する各パーツのＣＡＤおよびＣＡＥデータをＨＤＤ４からＲＡＭ３に読み出す。具体的には、左右各サイドの、インナフロント（Frame IN.Front）、インナリヤ（Frame IN.Rear）、アウタフロント（Frame OUT.Front）、アウタミドル（Frame OUT.Mid）、アウタリヤ（Frame OUT.Rear）（図２１参照）、の１０のパーツに対し、それぞれ、複数の板厚（Thickness）からなるＣＡＤおよびＣＡＥデータを読み出す。例えば、上記１０の各パーツに対して、各パーツに要求される要件を満足するように選択可能に設定された複数の板厚の組合せからなるＣＡＤおよびＣＡＥデータを読み出す。
【００６１】
次に、ステップＳ１３で、上記のすべての組合せの各パーツに対し、各パーツの内部エネルギーを算出する。
【００６２】
次に、ステップＳ１４で、上記各パーツの内部エネルギーを当該パーツ重量で除すことで各パーツの単位重量当たりのエネルギー吸収を示す「効率」を求め（図２１の「Efficiency」欄参照）、それらを合計することで各組のフロントサイドレール全体の効率を求める（図２２の「Efficiency of total Front Side Rails」欄参照）。
【００６３】
続くステップＳ１５では、評価対象部位である各組のフロントサイドレールの「潰れ量」を算出する（図２２の「Crush Distance」欄参照）。
【００６４】
次に、ステップＳ１６で、潰れ量が所定範囲内（例えば、443mm（ベースの潰れ量−20mm）＜潰れ量＜483mm（ベースの潰れ量＋20mm））の組を抽出する。図２２の例の場合には、Base, W/R#2, W/R#3が抽出されることになる。
【００６５】
なお、上記の例においては、潰れ量の許容範囲は、前述したように現在の変形モード（ベース）と潰れ量（ベースからの潰れ量の変化分）を考慮に入れて設定したもので、潰れ量が、ベースの潰れ量（463mm）に対して±20mmの範囲内のものを抽出するようにしている。これは、エンジンルームのパッケージングなどが確定し、ダッシュパネルの後退量などの車体変形量も概略決定された開発後期において、この内部エネルギーを用いて軽量化を検討する場合、軽量化によって潰れ量が大きく変わり、衝突性能が開発後期の段階において大きく変わることを避けるためである。もちろん、潰れ量の範囲を、現在の変形モード（ベース）の潰れ量とは独立させて設定することも可能である。
【００６６】
そして、ステップＳ１７に進み、ステップＳ１６で抽出された組合せの中から効率が最大となるものを抽出し、これをベストとしてユーザに提示する。具体的には例えば、図２２の場合にはW/R#3の数値をベストな推奨値としてＣＲＴ６に表示する。なお、効率が最大のものを１つ表示することにかえて、ベースから効率が大きくなる組合せを複数表示することとしても良い。これにより、ユーザは簡便かつ最適な構造変更を行うことができるようになる。
【００６７】
＜結論＞
（１）幾つかの実験により、ロードセルによって計測されたバリア荷重から計算されるエネルギーは、解析ソフトウェアが直接計算・出力するCAEにより求められる内部エネルギーと等価であることが証明された。
（２）また、次数低減シェルによって生み出されるHourglassエネルギーは、内部エネルギーの一つとして扱うことができることも証明できた。
（３）CAEにより求められる内部エネルギーを使うことによって、実験では直接計測できない、部品毎のエネルギー吸収を明確化できる。
（４）内部エネルギーと効率は、構造を改善し最適化するための衝突設計の新しい評価指標とすることができる。変形現象の遷移は内部エネルギーを観察することで明らかにすることができ、効率を用いて構造の重量を削減することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】試験体の断面形状および実部品を示す図である。
【図２】吸収されたエネルギーの計算方法を説明する図である。
【図３】実際の落錘がどのように上面に当たるかを示す一典型例を示す図である。
【図４】単一試験体を用いた落錘試験による変形モードを示す図である。
【図５】単一試験体を用いた落錘試験における荷重−たわみ線図およびエネルギー吸収線図である。
【図６】単一試験体を用いた落錘試験におけるエネルギー比較を示す図である。
【図７】２試験体積み上げ落錘試験の実部品とCAEモデルを示す図である。
【図８】２試験体積み上げ落錘試験における変形モードを示す図である。
【図９】２試験体積み上げ落錘試験による変形モードを示す図である。
【図１０】２試験体積み上げ落錘試験における荷重−たわみ線図およびエネルギー吸収線図である。
【図１１】２試験体積み上げ落錘試験におけるエネルギー比較を示す図である。
【図１２】潰れ順の影響の検証に用いた各２試験体の上試験体および下試験体の板厚を示す図である。
【図１３】バリア荷重（実験）から計算したエネルギーとCAEにより求められる内部エネルギーの結果を示す図である。
【図１４】潰れ順と観察された特有現象を説明する図である。
【図１５】図１２に示されたD-16-14を用いた落錘試験における変形モードを示す図である。
【図１６】フロントサイドレールを使った剛壁に対する台車テストにおけるテストの据え付け状態とCAEモデルを示す図である。
【図１７】フロントサイドレールを使った剛壁に対する台車テストにおける変形モードの比較を示す図である。
【図１８】フロントサイドレールを使った剛壁に対する台車テストにおける荷重−たわみ線図およびエネルギー吸収線図である。
【図１９】フロントサイドレールを使った剛壁に対する台車テストにおけるエネルギー比較を示す図である。
【図２０】フロントサイドレールを示す図である。
【図２１】図２０に示されたフロントサイドレールの各小領域の内部エネルギー等を示す図である。
【図２２】エネルギー吸収効率を改善するための検討の対象となった各フロントサイドレールの板厚等のプロファイルを示す図である。
【図２３】図２２に示されたフロントサイドレールW/R#3の各小領域の内部エネルギー等を示す図である。
【図２４】エネルギー吸収効率を改善するための検討における、フロントサイドレールの重量と効率の変化グラフおよびW/R#3の変形モードを示す図である。
【図２５】エネルギー吸収効率を改善するための検討における、フロントサイドレールの荷重−たわみ線図およびエネルギー吸収線図である。
【図２６】実施例における車両設計支援装置の概略ハードウェア構成を示す図である。
【図２７】実施例におけるハードディスクドライブの記憶内容の一例を示す図である。
【図２８】実施例における車両設計支援装置の処理例を示すフローチャートである。
【図２９】実施例における車両設計支援装置の処理の変形例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００６９】
１：ＣＰＵ
２：ＲＯＭ
３：ＲＡＭ
４：ＨＤＤ
５：ＶＲＡＭ
６：ＣＲＴ
７：キーボード
８：マウス
９：インタフェース
４１：ＯＳ
４２：ＣＡＤおよびＣＡＥプログラム
４３：構造解析プログラム
４４：ＣＡＤおよびＣＡＥデータ
４５：内部エネルギーデータ
【図２】
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【図６】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１４】
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【図１９】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図１】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１３】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図２０】
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【図２４】
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【図２５】
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