(57)【要約】【課題】従来、予測困難であった取付部位や電装部品に対するワイヤー様構造物の干渉等を予測可能にする方法及び装置を提供する。【解決手段】複数本の線条材から構成されるワイヤー様構造物を円形断面で線形性が保たれた複数の梁要素が結合された弾性体とみなす。そして、コンピュータによる有限要素法を利用した計算により、所定箇所に配策されるワイヤー様構造物の可動範囲を予測する。すなわち、安定状態にあるワイヤー様構造物の複数の節点ｚ１〜ｚ８のうちの少なくともいずれかひとつに対して、所定の方向に所定の力を加えたときの、このワイヤー様構造物の可動範囲を、ワイヤー様構造物の形状特性、材料特性及び拘束条件を満たすように有限要素法を利用して算出して、この算出結果を出力する。【選択図】　　　図９
2004119613.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数本の線条材から構成されるワイヤー様構造物を円形断面で線形性が保たれた複数の梁要素が結合された弾性体とみなし、コンピュータによる有限要素法を利用した計算により、所定箇所に配策される前記ワイヤー様構造物の可動範囲を予測する方法であって、
力を加えない状態で安定している前記ワイヤー様構造物における、拘束部位以外の、前記複数の梁要素それぞれの結合点である複数の節点のうちの少なくともいずれかひとつに対して、所定の方向に所定の力を加えたときの前記ワイヤー様構造物の可動範囲を、前記ワイヤー様構造物の形状特性、材料特性及び拘束条件を満たすように前記有限要素法を利用して算出して、この算出結果を出力する、
ことを特徴とするワイヤー様構造物の可動範囲予測方法。
【請求項２】
請求項１記載の可動範囲予測方法において、
前記拘束点間に含まれる複数の節点に対してそれぞれ、所定の方向に所定の力を加えたときの前記可動範囲を算出する、
ことを特徴とするワイヤー様構造物の可動範囲予測方法。
【請求項３】
請求項２記載の可動範囲予測方法において、
前記複数の節点に対してそれぞれ、各節点を含む平面上における、略１８０度、異なる方向に所定の力を加えたときの前記可動範囲を算出し、この算出結果を可視表示する、
ことを特徴とするワイヤー様構造物の可動範囲予測方法。
【請求項４】
請求項３記載の可動範囲予測方法において、
前記複数の節点に対してそれぞれ、前記ワイヤー様構造物を軸とする円を均等角度づつ分割するような方向に所定の力を加えたときの前記可動範囲を算出し、この算出結果を立体的に可視表示する、
ことを特徴とするワイヤー様構造物の可動範囲予測方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の可動範囲予測方法において、
前記可動範囲を節点群として算出して、この節点群を繋いで出力する、
ことを特徴とするワイヤー様構造物の可動範囲予測方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の可動範囲予測方法において、
前記ワイヤー様構造物は、車両に配線されるワイヤーハーネスであり、
前記拘束条件は、前記複数の節点の座標及び各節点における拘束自由度とし、前記形状特性は、前記複数の梁要素それぞれの断面積及び長さとし、そして、前記材料特性は、前記複数の梁要素それぞれの断面２次モーメント、断面２次極モーメント、密度、縦弾性係数及び横弾性係数とする、
ことを特徴とするワイヤー様構造物の可動範囲予測方法。
【請求項７】
複数本の線条材から構成されるワイヤー様構造物を円形断面で線形性が保たれた複数の梁要素が結合された弾性体とみなし、有限要素法を利用して、所定箇所に配策される前記ワイヤー様構造物の可動範囲を予測する装置であって、
前記ワイヤー様構造物の形状特性、材料特性及び拘束条件を設定する第１設定手段と、
前記ワイヤー様構造物に力を加えない状態で安定している基本予測形状を算出する第１算出手段と、
力を加える点として、前記複数の梁要素それぞれの結合点である複数の節点のうちの少なくともいずれかひとつを設定すると共に、この点に加える力の大きさ及び向きを設定する第２設定手段と、
前記力を加える点、前記加える力の大きさ及び向き、並びに、前記形状特性、材料特性及び拘束条件、を満たすように前記有限要素法を利用して前記ワイヤー様構造物の可動範囲を算出する第２算出手段と、
前記算出手段による算出結果を出力する出力手段と、
を含むことを特徴とするワイヤー様構造物の可動範囲予測装置。
【請求項８】
請求項７記載の可動範囲予測装置において、
前記可動範囲の表示形態を設定する前記第３設定手段、を更に含み、
前記出力手段は、前記第３設定手段による前記表示形態にしたがって、前記第２算出手段による算出結果を出力する、
ことを特徴とするワイヤー様構造物の可動範囲予測装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ワイヤー様構造物の可動範囲予測方法及びその装置に関し、特に、有限要素法を利用した可動範囲予測方法及びその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
通常、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、上記線条材として、複数の電線や通信線がインシュロック等の結束部材やテープ等の保護部材によって束ねられた、いわゆる、ワイヤーハーネスで接続されている。ワイヤーハーネス１は、図１に示すように、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、剛性等も様々である。
【０００３】
このようなワイヤーハーネス１は、通常、これが配策又は取付られる車両のドアやボディ等の形状、電気部品等の存在、及びワイヤーハーネス組立用治具板上への配置等が考慮されたうえで経路設計される。
【０００４】
ここで、本明細書中で引用する文献を以下に示す。
【０００５】
【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
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このように経路設計されて所定部位に取り付けられたワイヤーハーネスは、取付後に思わぬ問題が発生する場合がある。すなわち、ワイヤーハーネスは、周知のように特有の線長、線径、重量、弾性、剛性等を有しており、一種の弾性体に類似した材料特性を有するものである。
【０００７】
したがって、組付け後において、重力、エンジン駆動、走行時の振動等に因り、実際には、取付状態からある範囲内でバラツキ又は変位が発生することになる。このようなバラツキにより、設計時には予想されなかった部位や電装部品にワイヤーハーネスが干渉し、損傷等の問題が発生することも考えられ、より精度の高い経路設計が求められている。
【０００８】
よって本発明は、上述した現状に鑑み、ワイヤーハーネス等のワイヤー様構造物を円形断面で線形性が保たれた複数の梁要素が結合された弾性体とみなすことにより、ワイヤー様構造物の経路設計に有限要素法を適用することを可能にし、従来、予測困難であった取付部位や電装部品に対するワイヤー様構造物の干渉等を予測可能にして、より的確な経路予測に役立つ方法及び装置を提供することを課題としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するためになされた請求項１記載の可動範囲予測方法は、複数本の線条材から構成されるワイヤー様構造物を円形断面で線形性が保たれた複数の梁要素が結合された弾性体とみなし、コンピュータによる有限要素法を利用した計算により、所定箇所に配策される前記ワイヤー様構造物の可動範囲を予測する方法であって、力を加えない状態で安定している前記ワイヤー様構造物における、拘束部位以外の、前記複数の梁要素それぞれの結合点である複数の節点のうちの少なくともいずれかひとつに対して、所定の方向に所定の力を加えたときの前記ワイヤー様構造物の可動範囲を、前記ワイヤー様構造物の形状特性、材料特性及び拘束条件を満たすように前記有限要素法を利用して算出して、この算出結果を出力する、ことを特徴とする。
【００１０】
また、上記課題を解決するためになされた請求項２記載の可動範囲予測方法は、請求項１記載の可動範囲予測方法において、前記拘束点間に含まれる複数の節点に対してそれぞれ、所定の方向に所定の力を加えたときの前記可動範囲を算出する、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３記載の可動範囲予測方法は、請求項２記載の可動範囲予測方法において、前記複数の節点に対してそれぞれ、各節点を含む平面上における、略１８０度、異なる方向に所定の力を加えたときの前記可動範囲を算出し、この算出結果を可視表示する、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４記載の可動範囲予測方法は、請求項３記載の可動範囲予測方法において、前記複数の節点に対してそれぞれ、前記ワイヤー様構造物を軸とする円を均等角度づつ分割するような方向に所定の力を加えたときの前記可動範囲を算出し、この算出結果を立体的に可視表示する、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５記載の可動範囲予測方法は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の可動範囲予測方法において、前記可動範囲を節点群として算出して、この節点群を繋いで出力する、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６記載の可動範囲予測方法は、請求項１〜５のいずれか一項に記載の可動範囲予測方法において、前記ワイヤー様構造物は、車両に配線されるワイヤーハーネスであり、前記拘束条件は、前記複数の節点の座標及び各節点における拘束自由度とし、前記形状特性は、前記複数の梁要素それぞれの断面積及び長さとし、そして、前記材料特性は、前記複数の梁要素それぞれの断面２次モーメント、断面２次極モーメント、密度、縦弾性係数及び横弾性係数とする、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７記載のワイヤー様構造物の可動範囲予測装置は、複数本の線条材から構成されるワイヤー様構造物を円形断面で線形性が保たれた複数の梁要素が結合された弾性体とみなし、有限要素法を利用して、所定箇所に配策される前記ワイヤー様構造物の可動範囲を予測する装置であって、前記ワイヤー様構造物の形状特性、材料特性及び拘束条件を設定する第１設定手段と、前記ワイヤー様構造物に力を加えない状態で安定している基本予測形状を算出する第１算出手段と、力を加える点として、前記複数の梁要素それぞれの結合点である複数の節点のうちの少なくともいずれかひとつを設定すると共に、この点に加える力の大きさ及び向きを設定する第２設定手段と、前記力を加える点、前記加える力の大きさ及び向き、並びに、前記形状特性、材料特性及び拘束条件、を満たすように前記有限要素法を利用して前記ワイヤー様構造物の可動範囲を算出する第２算出手段と、前記算出手段による算出結果を出力する出力手段と、を含むことを特徴とする。
【００１６】
また、上記課題を解決するためになされた請求項８記載のワイヤー様構造物の可動範囲予測装置は、請求項７記載の可動範囲予測装置において、前記可動範囲の表示形態を設定する前記第３設定手段、を更に含み、前記出力手段は、前記第３設定手段による前記表示形態にしたがって、前記第２算出手段による算出結果を出力する、ことを特徴とする。
【００１７】
請求項１、７及び８記載の発明によれば、複数本の線条材から構成されるワイヤー様構造物を円形断面で線形性が保たれた複数の梁要素が結合された弾性体とみなす。そして、コンピュータによる有限要素法を利用した計算により、所定箇所に配策されるワイヤー様構造物の可動範囲を予測する。詳しくは、力を加えない状態で安定しているワイヤー様構造物における、複数の節点のうちの少なくともいずれかひとつに対して、所定の方向に所定の力を加えたときの、このワイヤー様構造物の可動範囲を、ワイヤー様構造物の形状特性、材料特性及び拘束条件を満たすように有限要素法を利用して算出して、この算出結果を出力する。或いは、所定の出力形態でこの算出結果を出力する。よって、力を加えない状態で安定している状態からは予想できなかった取付部位や電装部品に対するワイヤー様構造物の干渉等も予測可能になる。
【００１８】
また、請求項２記載の発明によれば、拘束点間に含まれる複数の節点に対してそれぞれ、所定の方向に所定の力を加えたときの、ワイヤー様構造物の可動範囲を算出するようにしているので、的確な経路予測が可能になる。
【００１９】
また、請求項３記載の発明によれば、複数の節点に対してそれぞれ、各節点を含む平面上における、略１８０度、異なる方向に所定の力を加えたときの可動範囲を算出し、この算出結果を可視表示するようにしているので、簡易な算出及び表示形態でありながら、的確にワイヤー様構造物の可動範囲を把握可能になる。
【００２０】
また、請求項４記載の発明によれば、複数の節点に対してそれぞれ、ワイヤー様構造物を軸とする円を均等角度づつ分割するような方向に所定の力を加えたときの可動範囲を算出し、この算出結果を立体的に可視表示するようにしているので、直感的且つ正確にワイヤー様構造物の可動範囲を把握可能になる。
【００２１】
また、請求項５記載の発明によれば、可動範囲を節点群として算出して、この節点群を繋いで出力するようにしているので、正確且つ容易にワイヤー様構造物の可動範囲を把握可能になる。
【００２２】
また、請求項６記載の発明によれば、拘束条件は、複数の節点の座標及び各節点における拘束自由度とし、形状特性は、複数の梁要素それぞれの断面積及び長さとし、そして、材料特性は、複数の梁要素それぞれの断面２次モーメント、断面２次極モーメント、密度、縦弾性係数及び横弾性係数とし、これらの値はすべて、車両に配線されるワイヤーハーネスから予め取得できるものであるので、実際の組み付け作業を想定した現実的な的確な経路予測が可能になる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
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、設計対象となるワイヤー様構造物としてのワイヤーハーネスの全体形状及び代表的な支持部材について説明する。図１は、本発明の実施形態にて設計対象となるワイヤーハーネスの全体形状を概略的に示す図である。図２は、ワイヤーハーネスを支持す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。後述するが、本実施形態は、ここに示すようなワイヤーハーネスに対して予測形状をシミュレーション出力することにより、設計を支援するものである。
【００２４】
本実施形態にて設計対象となるワイヤーハーネス１は、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、剛性等も異なる。
【００２５】
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、電装品の筐体やステー等の所定位置に完全拘束又は回転拘束される。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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軸に相当する。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、予測経路及び可動範囲算出に先立ち、各節点にそれぞれ、設定される。
【００３０】
次に、図３〜図６を参照しながら、本実施形態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。そして、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る。
【００３１】
まず、本実施形態では、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▼．各梁要素に線形性が保たれるものと仮定する。
▲４▼．ワイヤーハーネスの断面を円形であると仮定する。
本実施形態において、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。
【００３２】
本実施形態においては、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等の保護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。
【００３３】
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。
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
密度ρ
縦弾性係数Ｅ
横弾性係数Ｇ
なお、後述するが、本明細書中、長さｌ及び断面積Ａを形状特性とし、断面２次モーメントＩ、断面２次極モーメントＪ、密度ρ、縦弾性係数Ｅ及び横弾性係数Ｇを材料特性としている。
【００３４】
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。
【００３５】
なお、図中、
Ｆｘｉ：ｉ番要素のｘｉ軸方向の力
Ｆｙｉ：ｉ番要素のｙｉ軸方向の力
Ｆｚｉ：ｉ番要素のｚｉ軸方向の力
Ｍｘｉ：ｉ番要素のｘｉ軸周りのモーメント
Ｍｙｉ：ｉ番要素のｙｉ軸周りのモーメント
Ｍｚｉ：ｉ番要素のｚｉ軸周りのモーメント
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軸方向の角変位
θｙｉ：ｉ番要素のｙｉ軸方向の角変位
θｚｉ：ｉ番要素のｚｉ軸方向の角変位
αは左側の節点、βは右側の節点
を示す。
【００３６】
ところで、振動してない静的な力による構造物の変位は、弾性範囲内では、以下の式（１）に示すフックの法則が成り立つことが知られている。
Ｋｘ＝Ｆ…（１）
ここで、Ｋ：ばね定数、ｘ：変位、Ｆ：力
を示す。
【００３７】
また、図４で示した梁要素Ｃにも同様にフックの法則が成り立つことが知られている。但し、梁要素Ｃは、上記のように１２自由度をもつため、以下の式（２）で示すように、１２行１２列のマトリクスと１２行のベクトルとで、力と変位との関係を表現することができる。
【００３８】
【数１】
2004119613.tif 000003
【００３９】
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。
【００４０】
なお、図中、
Ｆｘｉ：ｉ番要素のｘｉ軸方向の力
Ｆｙｉ：ｉ番要素のｙｉ軸方向の力
Ｆｚｉ：ｉ番要素のｚｉ軸方向の力
Ｍｘｉ：ｉ番要素のｘｉ軸周りのモーメント
Ｍｙｉ：ｉ番要素のｙｉ軸周りのモーメント
Ｍｚｉ：ｉ番要素のｚｉ軸周りのモーメント
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軸方向の角変位
θｙｉ：ｉ番要素のｙｉ軸方向の角変位
θｚｉ：ｉ番要素のｚｉ軸方向の角変位
を示し、
ｉ＝１α、１β、２α、２β、３α、３βである。
【００４１】
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。
【００４２】
【数２】
2004119613.tif 000004
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
ちなみに、上記式（３）を簡単に表すと、
［Ｋ］｛ｘ｝＝｛Ｆ｝…（４）
となる。
したがって、例えば、各節点にクリップが取り付けられるものとして、クリップに加わる力を予め決定しておけば、上記式（４）に基づき、変位ベクトル｛ｘ｝を求めることにより、経路、すなわち、ワイヤーハーネスの形状を算出することができる。逆に、経路を決定しておけば、各節点における力ベクトル｛Ｆ｝を算出できる。このような基本的な考え方に基づき、本実施形態では、ワイヤーハーネスの予測経路及び可動範囲を算出する。上記変位ベクトル｛ｘ｝及び力ベクトル｛Ｆ｝中の未知数は、公知のＮｅｗｔｏｎ−Ｒａｐｈｓｏｎ法や弧長法等を用いてその解を求めることができる。
【００４６】
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中でも示されている。
【００４７】
ここで、本実施形態において、上記梁要素に必要な各特性値の求め方の一例について以下に示す。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。
【００４８】
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）
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）
したがって、
Ｅ＝６４ＦＬ３／３ＸπＤ４…（７）
となる。
この測定では、
Ｅ＝（Ｆ／Ｘ）×（６４Ｌ３／３πＤ４）
として、Ｆとｘとの関係を測定すればよい。
【００４９】
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）
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）
また、ねじる力は、
Ｔ＝ＦＳ…（１０）
となる。
よって、
Ｇ＝（３２ＦＳＬ／θπＤ４×２＝（Ｆ／θ）（３２ＳＬ／πＤ４）×２…（１１）
したがって、Ｆとθの関係を測定すればよい。
【００５０】
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各値を取得してもよい。また、予め代表的なワイヤーハーネスを測定しておきデータベース化しておき、これを適宜利用するようにしてもよい。
【００５１】
次に、上記理論及び基本式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形状を算出及び出力する、本実施形態に係るハードウエア構成について説明する。図７は、本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。
【００５２】
図７に示すように、本実施形態では、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及び通信インターフェース２６で基本構成される、例えば、パーソナルコンピュータが用いられる。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。また、記憶装置２５は処理結果を記憶するハードディスクドライブやコンパクトディスク等の可搬型記録媒体であり、通信インターフェース２６は外部装置と、例えば、ＬＡＮ回線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。これらの各構成要素は、内部バス２７を介して接続されている。ＣＰＵ２１ａ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、入力装置２２にて入力及び設定されたワイヤーハーネスの配線に関する各値及び記憶装置２５に記憶される本実施形態に係る処理手順を示すアプリケーションプログラムにしたがって、本実施形態に係る処理等を行い、表示装置２３や印字装置２４から出力させたり、その結果を記憶装置２５に記憶させたりする。ＣＰＵ２１ａが行う本実施形態に係る処理手順は、図８を用いて後述する。
【００５３】
更に、図８及び図９を用いて、本実施形態に係る処理手順について説明する。図８は、図７に示したハードウエア構成を用いて行われる本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（Ｆ）はそれぞれ、図８に示す各処理の過程における出力結果を例示する図である。
【００５４】
まず、図８に示すステップＳ１においては、図９（Ａ）に示すようなワイヤーハーネスをまっすぐのばした状態の初期形状１ａに対して、図９（Ｂ）に示すように、ワイヤーハーネスの各節点において拘束条件、形状特性、材料特性等が設定される。すなわち、図９（Ａ）に示す初期形状１ａに対して、図９（Ｂ）に示すような各節点ａ１〜ａ８を割り当てると共に、これら各節点ａ１〜ａ８における各拘束条件、各形状特性、各材料特性等が設定される。
【００５５】
拘束条件としては、各節点ａ１〜ａ８に対する図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）やローカル座標等が設定される。各節点ａ１〜ａ８としては、コネクタやクラン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（３）中の変位ベクトル｛ｘ｝中の各要素に係わる。なお、ここでは、未だ、力は加えられていないので、上記式（３）中の力ベクトル｛Ｆ｝は零に設定される。
【００５６】
また、形状特性としては、上記長さｌ及び断面積Ａが設定され、材料特性としては、断面２次モーメントＩ、断面２次極モーメントＪ、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算出されている値が利用される。ここで設定される値は、上記式（３）中の剛性マトリクス［Ｋ］中の各要素に係わる。
【００５７】
なお、上記各値の設定に際しては、上記入力装置２２が用いられる。また、以降の処理においても、各値の設定には入力装置２２が用いられ、各形状計算及び可動範囲計算処理はマイコン２１にて行われ、算出結果の出力には表示装置２３が用いられる。また、このステップＳ１では、算出処理に係る各種制御値等も設定される。ステップＳ１及び関連するハードウエアは、請求項の第１設定手段に相当する。
【００５８】
このような、形状算出に必要な各値の設定が完了し、算出開始のための所定トリガがあると、ステップＳ２において、有限要素法を利用して上記設定された拘束条件等を満たす釣り合いがとれた予測形状が算出される。すなわち、ステップＳ２においては、上記ステップＳ１で設定された形状算出に必要な各値を有限要素法、特に、上記式（３）に適用して、図９（Ｃ）に示すような、力学的に釣り合いがとれた安定状態である基本予測形状１ｚが算出される。なお、図９（Ｃ）に示す基本予測形状１ｚの各節点ｚ１、ｚ２、ｚ３、ｚ４、ｚ５、ｚ６、ｚ７、及びｚ８の位置はそれぞれ、図９（Ａ）に示した初期形状１ａにおける各節点ａ１、ａ２、ａ３、ａ４、ａ５、ａ６、ａ７、及びａ８の位置が、有限要素法を利用した処理により移動されたものである。ステップＳ２及び関連するハードウエアは、請求項の第１算出手段に相当する。なお、節点ｚ１〜ｚ８は、拘束点に一致素流場合もあり得る。
【００５９】
そして、ステップＳ３において、算出した基本予測形状１ｚが表示装置２３上に表示される。なお、概略的に基本予測形状を算出及び表示するだけであれば、例えば、節点ａ１及びａ８の座標、節点ａ１及びａ８間の距離、最小曲げ半径のみによっても可能であるし、他の方法でも可能である。
【００６０】
次に、ステップＳ４においては、力を加えるべき節点、力の大きさ及び向きが設定される。すなわち、上記基本予測形状１ｚ上の各節点ｚ１、ｚ２、ｚ３、ｚ４、ｚ５、ｚ６、ｚ７及びｚ８に対してそれぞれ、加えるべき力の大きさ及び向きを設定する。力を加えるべき節点は、各節点ｚ１、ｚ２、ｚ３、ｚ４、ｚ５、ｚ６、ｚ７、及びｚ８のうちのいずれかひとつあってもよいし、任意の複数節点であってもよい。但し、少なくともひとつの節点は、拘束点（完全又は回転でもよい）とする。また、各節点に加えるべき力の大きさも全て同等であってもよいし、差を持たせるように重み付けをしてもよい。なお、上例では、節点ｚ１及びｚ２を完全拘束としているが、これに替えて他の節点としてもよく、或いは、完全拘束する節点は１カ所だけとすることも可能である。ステップＳ４及び関連するハードウエアは、請求項の第２設定手段に相当する。
【００６１】
また、力を加える方向は、図９（Ｄ）に示すように、１方向のみであってもよいし、図９（Ｅ）に示すように、任意の節点を含む平面上における、略１８０度、異なる方向であってもよい。或いは、図９（Ｆ）に示すように、ワイヤーハーネス（基本予測形状）１ｚを軸とする円５を均等角度θづつ分割するような方向に所定の力ｆ１〜ｆ４等を加えるように設定してもよい。
【００６２】
次に、ステップＳ５においては、算出した予測形状の表示形態が設定される。すなわち、可動範囲は、例えば、算出した節点群の座標（不図示）、或いは、図９（Ｆ）に示すように、算出した各節点群を繋いで曲線状に表示することが可能であるが、これらのいずれかの表示形態がここで設定される。ステップＳ５及び関連するハードウエアは請求項の第３設定手段に相当する。
【００６３】
次に、ステップＳ６においては、有限要素法を利用して可動範囲が算出される。この際、上記式（３）中の力ベクトル｛Ｆ｝中の該当する要素に対して、上記ステップＳ４における設定値に基づき、力の大きさ及び向きが設定される。また、上記式（３）中の変位ベクトル｛ｘ｝及び剛性マトリクス［Ｋ］それぞれの各要素に係わる拘束条件及び形状特性は、上記ステップＳ１における設定値が利用される。ステップＳ６及び関連するハードウエアは請求項の第２算出手段に相当する。
【００６４】
次に、ステップＳ７においては、ステップＳ４において任意の節点に設定された力の大きさ及び向き、並びにステップＳ５において設定された表示形態に基づいて、ステップＳ６で算出された可動範囲が表示される。すなわち、所定のワイヤーハーネスの可動範囲が、節点群の座標、或いは、各節点群を繋いだ曲線によって表示される。例えば、力を加える方向を１方向のみに設定した場合には、図９（Ｄ）に示すような予測形状１ｚ１が表示される。この場合には、この予測形状１ｚ１と基本予測形状１ｚとに囲まれた範囲を、このワイヤーハーネスの可動範囲と見なすことができる。
【００６５】
また、例えば、力を加える方向を所定の節点を含む平面上における、略１８０度、異なる方向に設定した場合には、図９（Ｅ）に示すような予測形状１ｚ１及び予測形状１ｚ２が表示される。この場合には、この予測形状１ｚ１と予測形状１ｚ１とに囲まれた範囲を、このワイヤーハーネスの可動範囲と見なすことができる。
【００６６】
更に、例えば、力を加える方向を、ワイヤーハーネス（基本予測形状）１ｚを軸とする円５を均等角度θづつ分割するような方向に設定した場合には、図９（Ｆ）に示すような予測形状１ｚ１〜１ｚ４等が表示される。この場合には、この予測形状１ｚ１〜１ｚ４等に囲まれた、立体的に表示された範囲を、このワイヤーハーネスの可動範囲と見なすことができる。なお、ステップＳ７及び関連するハードウエアは請求項の出力手段に相当する。
【００６７】
このように、力を加えるべき節点、力の大きさ及び方向、並びに、その表示形態を適宜設定し、これらに応じてワイヤーハーネスの可動範囲を可視表示するようにしているので、目的に応じた的確なワイヤーハーネスの経路設定が可能になる。
【００６８】
なお、図９（Ｆ）において点線で示す干渉物６も立体的に表示させるようにしてもよい。また、図示しないが図９（Ｄ）及び図９（Ｅ）に干渉物６を表示させるようにしてもよい。
【００６９】
そして、入力装置２２等の所定操作により、ステップＳ８において設定変更指令がありと判定されると（ステップＳ８のＹ）、ステップＳ９に進んで現在表示中の可動範囲が消去され、ステップＳ１に戻り上述した処理が繰り返される。これにより、種々の条件での可動範囲の検討が可能になる。また、ステップＳ８において設定変更指令がありとは判定されない場合には（ステップＳ８のＮ）上記一連の処理を終了する。
【００７０】
このように、本実施形態によれば、ワイヤーハーネス等のワイヤー様構造物を円形断面で線形性が保たれた複数の梁要素が結合された弾性体とみなすことにより、ワイヤー様構造物の経路設計に有限要素法を適用することを可能にし、従来、予測困難であった取付部位や電装部品に対するワイヤー様構造物の干渉等を正確に予測可能にする。したがって、本実施形態によれば、より的確な経路予測が可能になる。
【００７１】
なお、本発明の方法及び装置は、車両内に配線されるワイヤーハーネスに限定されず、屋内に配線されるワイヤー様構造物にも、同様に適用可能である。
【００７２】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１、７及び８記載の発明によれば、有限要素法を利用して、力を加えない状態で安定している状態からは予想できなかった取付部位や電装部品に対するワイヤー様構造物の干渉等も予測可能になり、より的確な経路予測が可能になる。
【００７３】
請求項２記載の発明によれば、拘束点間に含まれる複数の節点に対してそれぞれ、所定の方向に所定の力を加えたときの、ワイヤー様構造物の可動範囲を算出するようにしているので、更に的確な経路予測が可能になる。
【００７４】
請求項３記載の発明によれば、複数の節点に対してそれぞれ、各節点を含む平面上における、略１８０度、異なる方向に所定の力を加えたときの可動範囲を算出し、この算出結果を可視表示するようにしているので、簡易な算出及び表示形態でありながら、的確にワイヤー様構造物の可動範囲を把握可能になる。
【００７５】
請求項４記載の発明によれば、複数の節点に対してそれぞれ、ワイヤー様構造物を軸とする円を均等角度づつ分割するような方向に所定の力を加えたときの可動範囲を算出し、この算出結果を立体的に可視表示するようにしているので、直感的且つ正確にワイヤー様構造物の可動範囲を把握可能になる。
【００７６】
請求項５記載の発明によれば、可動範囲を節点群として算出して、この節点群を繋いで出力するようにしているので、より正確且つ容易にワイヤー様構造物の可動範囲を把握可能になる。
【００７７】
請求項６記載の発明によれば、拘束条件は、複数の節点の座標及び各節点における拘束自由度とし、形状特性は、複数の梁要素それぞれの断面積及び長さとし、そして、材料特性は、複数の梁要素それぞれの断面２次モーメント、断面２次極モーメント、密度、縦弾性係数及び横弾性係数とし、これらの値はすべて、車両に配線されるワイヤーハーネスから予め取得できるものである。したがって、実際の組み付け作業を想定した現実的な的確な経路予測が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態にて設計対象となるワイヤーハーネスの全体形状を概略的に示す図である。
【図２】ワイヤーハーネスを支持す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る。
【図７】本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（Ｆ）はそれぞれ、図８に示す各処理の過程における出力結果を例示する図である。
【符号の説明】
１　ワイヤーハーネス（ワイヤー様構造物）
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　内部バス
Ｃ１〜Ｃ７　梁要素
Ｎ１〜Ｎ８　節点（ノード）
【図１】
2004119613.tif 000005
【図２】
2004119613.tif 000006
【図３】
2004119613.tif 000007
【図４】
2004119613.tif 000008
【図５】
2004119613.tif 000009
【図６】
2004119613.tif 000010
【図７】
2004119613.tif 000011
【図８】
2004119613.tif 000012
【図９】
2004119613.tif 000013