(57)【要約】【課題】ワイヤーハーネスの端部近傍において外装部材が非装着状態である線材の形状や長さ関係を予測したり、端子部材の首振角度を計算する。【解決手段】短線材の一端から固定端までの距離である短線材長ＸＳ、長線材の一端から固定端までの距離である長線材長ＸＬ、及び短線材及び長線材の固定端間の幅である固定端幅Ｗを参照して、短線材、長線材、及び固定端間を結ぶ部材、を複数の梁要素が結合された弾性体として、これに対応する有限要素モデル１ａが作成される。そして、この有限要素モデルに与えられた、短線材長、長線材長、固定端幅、及びこれら以外の物理特性及び拘束条件に応じた、有限要素モデルの物理的に釣り合った状態である予測形状１ｚが計算され、その計算結果が出力される。特に、短線材の一端及び長線材の一端がそれぞれ、外装部材の非装着開始部に一致するように強制変位されたときの、短線材及び長線材の予測形状が計算され出力される。【選択図】図１０
2005302344.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有限要素法を利用して、ワイヤーハーネスを構成する複数の線材を束ねる外装部材が非装着状態である短線材及びこれより長い長線材の予測形状を計算する方法であって、
前記短線材の一端から固定端までの距離である短線材長、前記長線材の一端から固定端までの距離である長線材長、及び前記短線材及び前記長線材の固定端間の幅である固定端幅を参照して、前記短線材、前記長線材、及び前記固定端間を結ぶ部材、を複数の梁要素が結合された弾性体として、これに対応する有限要素モデルを作成する有限要素モデル作成工程と、
前記有限要素モデルに与えられた、前記短線材長、前記長線材長、前記固定端幅、及びこれら以外の前記短線材、前記長線材、及び前記部材の物理特性及び拘束条件に応じた、前記有限要素モデルの物理的に釣り合った状態である予測形状を計算する予測形状計算工程と、
前記予測形状計算工程における計算結果を出力する結果出力工程と、を含み、
前記予測形状計算工程では、
前記短線材の一端及び前記長線材の一端をそれぞれ、前記外装部材の非装着開始部に一致するように強制変位させたときの、前記短線材及び前記長線材の予測形状を計算する、
ことを特徴とする線材の予測形状計算方法。
【請求項２】
請求項１記載の線材の予測形状計算方法において、
所定の基準形状における前記固定端間を結ぶ線と、前記予測形状における前記固定端間を結ぶ線のなす角を、首振角度として求める首振角度計算工程、を更に含む、
ことを特徴とする線材の予測形状計算方法。
【請求項３】
有限要素法を利用して、ワイヤーハーネスを構成する複数の線材を束ねる外装部材が非装着状態である短線材及びこれより長い長線材の予測形状を計算する装置であって、
前記短線材の一端から固定端までの距離である短線材長、前記長線材の一端から固定端までの距離である長線材長、及び前記短線材及び前記長線材の固定端間の幅である固定端幅を参照して、前記短線材、前記長線材、及び前記固定端間を結ぶ部材、を複数の梁要素が結合された弾性体として、これに対応する有限要素モデルを作成する有限要素モデル作成手段と、
前記有限要素モデルに与えられた、前記短線材長、前記長線材長、前記固定端幅、及びこれら以外の前記短線材、前記長線材、及び前記部材の物理特性及び拘束条件に応じた、前記有限要素モデルの物理的に釣り合った状態である予測形状を計算する予測形状計算手段と、
前記予測形状計算手段における計算結果を出力する結果出力手段と、を含み、
前記予測形状計算手段では、
前記短線材の一端及び前記長線材の一端をそれぞれ、前記外装部材の非装着開始部に一致するように強制変位させたときの、前記短線材及び前記長線材の予測形状を計算する、
ことを特徴とする線材の予測形状計算装置。
【請求項４】
有限要素法を利用して、ワイヤーハーネスを構成する複数の線材を束ねる外装部材が非装着状態である短線材及びこれより長い長線材の予測形状を計算するために、コンピュータを、
前記短線材の一端から固定端までの距離である短線材長、前記長線材の一端から固定端までの距離である長線材長、及び前記短線材及び前記長線材の固定端間の幅である固定端幅を参照して、前記短線材、前記長線材、及び前記固定端間を結ぶ部材、を複数の梁要素が結合された弾性体として、これに対応する有限要素モデルを作成する有限要素モデル作成手段、
前記有限要素モデルに与えられた、前記短線材長、前記長線材長、前記固定端幅、及びこれら以外の前記短線材、前記長線材、及び前記部材の物理特性及び拘束条件に応じた、前記有限要素モデルの物理的に釣り合った状態である予測形状を計算する予測形状計算手段、
前記予測形状計算手段における計算結果を出力する結果出力手段、として機能させ、
前記予測形状計算手段では、
前記短線材の一端及び前記長線材の一端をそれぞれ、前記外装部材の非装着開始部に一致するように強制変位させたときの、前記短線材及び前記長線材の予測形状を計算させる、
ことを特徴とする線材の予測形状計算プログラム。
【請求項５】
有限要素法を利用して、ワイヤーハーネスを構成する複数の線材を束ねる外装部材が非装着状態である短線材及びこれより長い長線材の予測形状を計算する方法であって、
前記短線材の一端から固定端までの距離である短線材長、前記短線材及び前記長線材の固定端間の幅である固定端幅、前記短線材長及び前記固定端幅に基づいて計算された前記長線材の一端から固定端までの距離である長線材長を参照して、前記短線材、前記長線材、及び前記固定端間を結ぶ部材、を複数の梁要素が結合された弾性体として、これに対応する有限要素モデルを作成する有限要素モデル作成工程と、
前記有限要素モデルに与えられた、前記線材長、前記固定端幅、及びこれら以外の前記短線材、前記長線材、及び前記部材の物理特性及び拘束条件に応じた、前記有限要素モデルの物理的に釣り合った状態である予測形状を計算する予測形状計算工程と、
前記予測形状計算工程における計算結果を出力する結果出力工程と、を含み、
前記予測形状計算工程では、
前記部材が首振角度として与えられた角度だけ回転するように強制変位させたときの、前記短線材及び前記長線材の予測形状を計算する、
ことを特徴とする線材の予測形状計算方法。
【請求項６】
請求項１記載の線材の予測形状計算方法において、
前記予測形状における前記短線材の一端を前記外装部材からの前記短線材の非装着開始部に一致させたときの、前記長線材の一端と前記外装部材からの前記長線材の非装着開始部との距離を、両線材の線長差として求める線長差計算工程、を更に含む、
ことを特徴とする線材の予測形状計算方法。
【請求項７】
有限要素法を利用して、ワイヤーハーネスを構成する複数の線材を束ねる外装部材が非装着状態である短線材及びこれより長い長線材の予測形状を計算する装置であって、
前記短線材の一端から固定端までの距離である短線材長、前記短線材及び前記長線材の固定端間の幅である固定端幅、前記短線材長及び前記固定端幅に基づいて計算された前記長線材の一端から固定端までの距離である長線材長を参照して、前記短線材、前記長線材、及び前記固定端間を結ぶ部材、を複数の梁要素が結合された弾性体として、これに対応する有限要素モデルを作成する有限要素モデル作成手段と、
前記有限要素モデルに与えられた、前記線材長、前記固定端幅、及びこれら以外の前記短線材、前記長線材、及び前記部材の物理特性及び拘束条件に応じた、前記有限要素モデルの物理的に釣り合った状態である予測形状を計算する予測形状計算手段と、
前記予測形状計算手段における計算結果を出力する結果出力手段と、を含み、
前記予測形状計算手段では、
前記部材が首振角度として与えられた角度だけ回転するように強制変位させたときの、前記短線材及び前記長線材の予測形状を計算する、
ことを特徴とする線材の予測形状計算装置。
【請求項８】
有限要素法を利用して、ワイヤーハーネスを構成する複数の線材を束ねる外装部材が非装着状態である短線材及びこれより長い長線材の予測形状を計算するために、コンピュータを、
前記短線材の一端から固定端までの距離である短線材長、前記短線材及び前記長線材の固定端間の幅である固定端幅、前記短線材長及び前記固定端幅に基づいて計算された前記長線材の一端から固定端までの距離である長線材長を参照して、前記短線材、前記長線材、及び前記固定端間を結ぶ部材、を複数の梁要素が結合された弾性体として、これに対応する有限要素モデルを作成する有限要素モデル作成手段、
前記有限要素モデルに与えられた、前記線材長、前記固定端幅、及びこれら以外の前記短線材、前記長線材、及び前記部材の物理特性及び拘束条件に応じた、前記有限要素モデルの物理的に釣り合った状態である予測形状を計算する予測形状計算手段、
前記予測形状計算手段における計算結果を出力する結果出力手段、として機能させ、
前記予測形状計算手段では、
前記部材が首振角度として与えられた角度だけ回転するように強制変位させたときの、前記短線材及び前記長線材の予測形状を計算させる、
ことを特徴とする線材の予測形状計算プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワイヤーハーネス等を構成する線材の予測形状計算方法、その装置及びそのプログラムに関し、特に、テープ巻き等の外装部材が非装着状態である短線材及び長線材の予測形状を計算する方法、その装置及びそのプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
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、複数の電線や通信線等の線材がインシュロック等の結束部材やテープ等の外装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。図１に示すように、ワイヤーハーネス１は、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、それぞれ構成される線材の数や種類が異なるので、各枝線の太さ、長さ、弾性、密度等も様々である。
【０００３】
従来、このようなワイヤーハーネスを車両等に配線するための設計は、ＣＡＤ（Computer Aided Design）やＣＡＥ（Computer Aided Engineering）とよばれる汎用解析ソフトを用いて計算するか、或いは、設計者の経験や勘によって行われることが多かった。ところが、ワイヤーハーネスは、多種多様であり、単に、上記汎用解析ソフトを用いたり、設計者の経験等に頼るだけでは、それらの各部における曲げやねじりに対する剛性まで正確に予想して設計することは非常に困難なことであった。
【０００４】
そこで、本出願人は、下記特許文献１等にて、有限要素法を利用することにより、ワイヤーハーネス等の線条構造物の物理的特性、すなわち、材質や各部における曲げやねじりに対する剛性等も考慮して線条構造物の予測形状を計算することを可能にし、これにより最適な配線設計を支援する方法を提案した。
【０００５】
ここで、本明細書中で引用する文献を以下に示す。
【特許文献１】特願２００３−３０８５０９
【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
【非特許文献２】安田仁彦著「モード解析と動的設計」株式会社コロナ社発行、１９９３年１１月１０日、ｐ．５４−５６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、図３に示すように、ワイヤーハーネス１の端部近傍においては（図１では、例えば、コネクタ２ａの近傍に相当）、外装部材１２が非装着であるために、外装部材１２から複数の線材１１Ｓ、１１Ｌ等が剥き出されたような状態になって、その先端がＬＡ端子（図１では、例えば、コネクタ２ａに相当）等の端子部材２０に接続される。例えば、線材１１Ｓ、１１Ｌの先端（正確には、芯線）はそれぞれ、端子部材２０の接続部２０Ｓ、２０Ｌに加締め、或いは、はんだ付けされて固定される。また、線材１１Ｓ、１１Ｌの、外装部材１２からの非装着開始部Ｒの近傍は、各種クリップ等の支持部材により固定される。なお、端子部材２０は、その中央部に穿設された固定孔２０Ｈが車体ボディ等にネジ止めされて、最終的に所定の角度で固定される。
【０００７】
このようなワイヤーハーネス１の端部近傍において、固定前の端子部材２０は、外装部材が非装着状態である線材１１Ｓ、１１Ｌの長さ、及び、接続部２０Ｓ、２０Ｌ間の距離等に依存して、所定の首振角度θｔが発生する。ここで、首振角度θｔとは、例えば、接続部２０Ｓ、２０Ｌ間を結ぶ線Ｋと、非装着開始部Ｒとの成す角度としているが、上記線Ｋとここでは図示しない他の基準線との成す角としてもよい。そして、端部近傍の線材１１Ｓ、１１Ｌの形状を予測をしたり、端子部材２０の首振角度θｔを予測したりすることは、最適なワイヤーハーネスの配線設計のために、非常に有効となる。
【０００８】
また、端子部材２０が所定の首振角度θｔで固定されることが予めわかっている場合にも、両線材１１Ｓ、１１Ｌの形状を予測をしたり、両線材１１Ｓ、１１Ｌの長さ関係を予め把握しておくことは、最適なワイヤーハーネスの配線設計のために、非常に有効となる。
【０００９】
上記特許文献１の方法は、線条構造物の物理的特性、すなわち、材質や各部における曲げやねじりに対する剛性等も考慮して線条構造物の予測形状を正確に計算できるという点で非常に秀れたものであるが、このようなワイヤーハーネスの端部近傍において外装部材が非装着状態になっている線材の形状や長さ関係を予測したり、端子部材の首振角度までも計算したりするものではなく、更なる改善の余地があることがわかった。
【００１０】
よって本発明は、上述した現状に鑑み、ワイヤーハーネスの端部近傍において外装部材が非装着状態である線材の形状や長さ関係を予測したり、端子部材の首振角度を計算することのできる方法、その装置及びそのプログラムを提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するためになされた請求項１記載の線材の予測形状計算方法は、有限要素法を利用して、ワイヤーハーネスを構成する複数の線材を束ねる外装部材が非装着状態である短線材及びこれより長い長線材の予測形状を計算する方法であって、前記短線材の一端から固定端までの距離である短線材長、前記長線材の一端から固定端までの距離である長線材長、及び前記短線材及び前記長線材の固定端間の幅である固定端幅を参照して、前記短線材、前記長線材、及び前記固定端間を結ぶ部材、を複数の梁要素が結合された弾性体として、これに対応する有限要素モデルを作成する有限要素モデル作成工程と、前記有限要素モデルに与えられた、前記短線材長、前記長線材長、前記固定端幅、及びこれら以外の前記短線材、前記長線材、及び前記部材の物理特性及び拘束条件に応じた、前記有限要素モデルの物理的に釣り合った状態である予測形状を計算する予測形状計算工程と、前記予測形状計算工程における計算結果を出力する結果出力工程と、を含み、前記予測形状計算工程では、前記短線材の一端及び前記長線材の一端をそれぞれ、前記外装部材の非装着開始部に一致するように強制変位させたときの、前記短線材及び前記長線材の予測形状を計算する、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２記載の線材の予測形状計算方法は、請求項１記載の線材の予測形状計算方法において、所定の基準形状における前記固定端間を結ぶ線と、前記予測形状における前記固定端間を結ぶ線のなす角を、首振角度として求める首振角度計算工程、を更に含む、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３記載の線材の予測形状計算装置は、有限要素法を利用して、ワイヤーハーネスを構成する複数の線材を束ねる外装部材が非装着状態である短線材及びこれより長い長線材の予測形状を計算する装置であって、前記短線材の一端から固定端までの距離である短線材長、前記長線材の一端から固定端までの距離である長線材長、及び前記短線材及び前記長線材の固定端間の幅である固定端幅を参照して、前記短線材、前記長線材、及び前記固定端間を結ぶ部材、を複数の梁要素が結合された弾性体として、これに対応する有限要素モデルを作成する有限要素モデル作成手段と、前記有限要素モデルに与えられた、前記短線材長、前記長線材長、前記固定端幅、及びこれら以外の前記短線材、前記長線材、及び前記部材の物理特性及び拘束条件に応じた、前記有限要素モデルの物理的に釣り合った状態である予測形状を計算する予測形状計算手段と、前記予測形状計算手段における計算結果を出力する結果出力手段と、を含み、前記予測形状計算手段では、前記短線材の一端及び前記長線材の一端をそれぞれ、前記外装部材の非装着開始部に一致するように強制変位させたときの、前記短線材及び前記長線材の予測形状を計算する、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４記載の線材の予測形状計算プログラムは、有限要素法を利用して、ワイヤーハーネスを構成する複数の線材を束ねる外装部材が非装着状態である短線材及びこれより長い長線材の予測形状を計算するために、コンピュータを、前記短線材の一端から固定端までの距離である短線材長、前記長線材の一端から固定端までの距離である長線材長、及び前記短線材及び前記長線材の固定端間の幅である固定端幅を参照して、前記短線材、前記長線材、及び前記固定端間を結ぶ部材、を複数の梁要素が結合された弾性体として、これに対応する有限要素モデルを作成する有限要素モデル作成手段、前記有限要素モデルに与えられた、前記短線材長、前記長線材長、前記固定端幅、及びこれら以外の前記短線材、前記長線材、及び前記部材の物理特性及び拘束条件に応じた、前記有限要素モデルの物理的に釣り合った状態である予測形状を計算する予測形状計算手段、前記予測形状計算手段における計算結果を出力する結果出力手段、として機能させ、前記予測形状計算手段では、前記短線材の一端及び前記長線材の一端をそれぞれ、前記外装部材の非装着開始部に一致するように強制変位させたときの、前記短線材及び前記長線材の予測形状を計算させる、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５記載の線材の予測形状計算方法は、有限要素法を利用して、ワイヤーハーネスを構成する複数の線材を束ねる外装部材が非装着状態である短線材及びこれより長い長線材の予測形状を計算する方法であって、前記短線材の一端から固定端までの距離である短線材長、前記短線材及び前記長線材の固定端間の幅である固定端幅、前記短線材長及び前記固定端幅に基づいて計算された前記長線材の一端から固定端までの距離である長線材長を参照して、前記短線材、前記長線材、及び前記固定端間を結ぶ部材、を複数の梁要素が結合された弾性体として、これに対応する有限要素モデルを作成する有限要素モデル作成工程と、前記有限要素モデルに与えられた、前記線材長、前記固定端幅、及びこれら以外の前記短線材、前記長線材、及び前記部材の物理特性及び拘束条件に応じた、前記有限要素モデルの物理的に釣り合った状態である予測形状を計算する予測形状計算工程と、前記予測形状計算工程における計算結果を出力する結果出力工程と、を含み、前記予測形状計算工程では、前記部材が首振角度として与えられた角度だけ回転するように強制変位させたときの、前記短線材及び前記長線材の予測形状を計算する、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６記載の線材の予測形状計算方法は、請求項１記載の線材の予測形状計算方法において、前記予測形状における前記短線材の一端を前記外装部材からの前記短線材の非装着開始部に一致させたときの、前記長線材の一端と前記外装部材からの前記長線材の非装着開始部との距離を、両線材の線長差として求める線長差計算工程、を更に含む、ことを特徴とする。
【００１７】
また、上記課題を解決するためになされた請求項７記載の線材の予測形状計算装置は、有限要素法を利用して、ワイヤーハーネスを構成する複数の線材を束ねる外装部材が非装着状態である短線材及びこれより長い長線材の予測形状を計算する装置であって、前記短線材の一端から固定端までの距離である短線材長、前記短線材及び前記長線材の固定端間の幅である固定端幅、前記短線材長及び前記固定端幅に基づいて計算された前記長線材の一端から固定端までの距離である長線材長を参照して、前記短線材、前記長線材、及び前記固定端間を結ぶ部材、を複数の梁要素が結合された弾性体として、これに対応する有限要素モデルを作成する有限要素モデル作成手段と、前記有限要素モデルに与えられた、前記線材長、前記固定端幅、及びこれら以外の前記短線材、前記長線材、及び前記部材の物理特性及び拘束条件に応じた、前記有限要素モデルの物理的に釣り合った状態である予測形状を計算する予測形状計算手段と、前記予測形状計算手段における計算結果を出力する結果出力手段と、を含み、前記予測形状計算手段では、前記部材が首振角度として与えられた角度だけ回転するように強制変位させたときの、前記短線材及び前記長線材の予測形状を計算する、ことを特徴とする。
【００１８】
また、上記課題を解決するためになされた請求項８記載の線材の予測形状計算プログラムは、有限要素法を利用して、ワイヤーハーネスを構成する複数の線材を束ねる外装部材が非装着状態である短線材及びこれより長い長線材の予測形状を計算するために、コンピュータを、前記短線材の一端から固定端までの距離である短線材長、前記短線材及び前記長線材の固定端間の幅である固定端幅、前記短線材長及び前記固定端幅に基づいて計算された前記長線材の一端から固定端までの距離である長線材長を参照して、前記短線材、前記長線材、及び前記固定端間を結ぶ部材、を複数の梁要素が結合された弾性体として、これに対応する有限要素モデルを作成する有限要素モデル作成手段、前記有限要素モデルに与えられた、前記線材長、前記固定端幅、及びこれら以外の前記短線材、前記長線材、及び前記部材の物理特性及び拘束条件に応じた、前記有限要素モデルの物理的に釣り合った状態である予測形状を計算する予測形状計算手段、前記予測形状計算手段における計算結果を出力する結果出力手段、として機能させ、前記予測形状計算手段では、前記部材が首振角度として与えられた角度だけ回転するように強制変位させたときの、前記短線材及び前記長線材の予測形状を計算させる、ことを特徴とする。
【００１９】
請求項１、請求項３及び請求項４記載の発明によれば、短線材の一端から固定端までの距離である短線材長、長線材の一端から固定端までの距離である長線材長、及び短線材及び長線材の固定端間の幅である固定端幅を参照して、短線材、長線材、及び固定端間を結ぶ部材、を複数の梁要素が結合された弾性体として、これに対応する有限要素モデルが作成される。そして、この有限要素モデルに与えられた、短線材長、長線材長、固定端幅、及びこれら以外の物理特性及び拘束条件に応じた、有限要素モデルの物理的に釣り合った状態である予測形状が計算され、その計算結果が出力される。特に、短線材の一端及び長線材の一端がそれぞれ、外装部材の非装着開始部に一致するように強制変位されたときの、短線材及び長線材の予測形状が計算され出力される。
【００２０】
また、請求項２の発明によれば、所定の基準形状における固定端間を結ぶ線と、予測形状における固定端間を結ぶ線のなす角を、首振角度として求めるようにしている。
【００２１】
また、請求項５、請求項７及び請求項８記載の発明によれば、短線材の一端から固定端までの距離である短線材長、短線材及び長線材の固定端間の幅である固定端幅、短線材長及び固定端幅に基づいて計算された長線材の一端から固定端までの距離である長線材長を参照して、短線材、長線材、及び固定端間を結ぶ部材、を複数の梁要素が結合された弾性体として、これに対応する有限要素モデルが作成される。そして、この有限要素モデルに与えられた、線材長、固定端幅、及びこれら以外の短線材、長線材、及び部材の物理特性及び拘束条件に応じた、有限要素モデルの物理的に釣り合った状態である予測形状が計算され、その計算結果が出力される。特に、固定端間を結ぶ部材が首振角度として与えられた角度だけ回転するように強制変位させたときの、短線材及び長線材の予測形状が計算され出力される。
【００２２】
また、請求項６記載の発明によれば、部材の任意の首振角度に対応する、短線材及び長線材の長さ関係が把握できるようになる。
【発明の効果】
【００２３】
請求項１、請求項３及び請求項４記載の発明によれば、短線材の一端から固定端までの距離である短線材長、長線材の一端から固定端までの距離である長線材長、及び短線材及び長線材の固定端間の幅である固定端幅を参照して、短線材、長線材、及び固定端間を結ぶ部材、を複数の梁要素が結合された弾性体として、これに対応する有限要素モデルが作成される。そして、この有限要素モデルに与えられた、短線材長、長線材長、固定端幅、及びこれら以外の物理特性及び拘束条件に応じた、有限要素モデルの物理的に釣り合った状態である予測形状が計算され、その計算結果が出力される。特に、短線材の一端及び長線材の一端がそれぞれ、外装部材の非装着開始部に一致するように強制変位されたときの、短線材及び長線材の予測形状が計算され出力される。したがって、固定端に至るまでの両線材の形状を把握できるようになるので、最適なワイヤーハーネスの配線設計のために、非常に有効となる。
【００２４】
また、請求項２の発明によれば、所定の基準形状における固定端間を結ぶ線と、予測形状における固定端間を結ぶ線のなす角を、首振角度として求めるようにしているので、固定端に取り付ける端子部材の検討等にも有効となる。
【００２５】
また、請求項５、請求項７及び請求項８記載の発明によれば、短線材の一端から固定端までの距離である短線材長、短線材及び長線材の固定端間の幅である固定端幅、短線材長及び固定端幅に基づいて計算された長線材の一端から固定端までの距離である長線材長を参照して、短線材、長線材、及び固定端間を結ぶ部材、を複数の梁要素が結合された弾性体として、これに対応する有限要素モデルが作成される。そして、この有限要素モデルに与えられた、線材長、固定端幅、及びこれら以外の短線材、長線材、及び部材の物理特性及び拘束条件に応じた、有限要素モデルの物理的に釣り合った状態である予測形状が計算され、その計算結果が出力される。特に、固定端間を結ぶ部材が首振角度として与えられた角度だけ回転するように強制変位させたときの、短線材及び長線材の予測形状が計算され出力される。したがって、部材の任意の首振角度に対応する、固定端に至るまでの両線材の形状を把握できるようになるので、最適なワイヤーハーネスの配線設計のために、非常に有効となる。
【００２６】
また、請求項６記載の発明によれば、部材の任意の首振角度に対応する、短線材及び長線材の長さ関係が把握できるようになるので、ワイヤーハーネスの構成線材の検討等にも有効となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
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、本発明をより正確に理解するために、図１及び図２を用いて、形状予測の対象となる短線材及び長線材を含む複数の線材から構成されるワイヤーハーネスの例及び代表的な支持部材について説明する。図１は、ワイヤーハーネスの例を概略的に示す図である。図２は、ワイヤーハーネスに取り付けられ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。
【００２８】
ワイヤーハーネス１は、例えば、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、それぞれ構成線材の数や種類が異なるので、各枝線の太さ、長さ、弾性、密度等も異なる。
【００２９】
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、車両のボディやステー等の所定位置に完全拘束又は回転拘束される。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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軸に対応する。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、ワイヤーハーネスや線材の予測経路の計算の際に、各節点にそれぞれ設定される。
【００３４】
なお、後述する形状予測の対象となる短線材及び長線材は、図１において、例えば、コネクタ２ａの近傍に存在する。
【００３５】
次に、図４〜図６を参照しながら、本発明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４（Ａ）は、線材の外観を示す図であり、図４（Ｂ）は、図４（Ａ）の線材を離散化した様子を示す図であり、図４（Ｃ）は、図４（Ａ）の線材を梁要素と節点とで表した図である。図５は、梁要素と節点とで表した線材における自由度を説明するための図である。図６（Ａ）は、線材を３つの梁要素で表した図であり、図６（Ｂ）は、図６（Ａ）の３つの梁要素を結合した状態を示す図である。なお、複数の線材を束ねたワイヤーハーネスも、１本の線材とみなすことにより、線材と同様に扱うことが可能である。
【００３６】
まず、線材の形状予測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）．線材を弾性体と仮定する。
（２）．線材を梁要素が結合されたものと仮定する。
（３）．各梁要素に直線性が保たれるものと仮定する。
【００３７】
なお、梁要素と仮定することは、線材を一様断面、すなわち、均質な断面であると仮定することも意味する。また、断面を円形と仮定しているが必ずしもその必要はない。但し、以降の説明では、線材を円形断面と想定して説明していく。
【００３８】
このような仮定をすることにより、線材への有限要素法の適用が可能になる。
【００３９】
まず、線材を離散化する。すなわち、図４（Ａ）に示すように、線材１１は連続体とみなすことができる。次に、図４（Ｂ）に示すように、このような線材１１を、いくつかの梁要素Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、…に分割（離散化）する。すなわち、線材は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。
【００４０】
したがって、図４（Ｃ）に示すように、線材は、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。
【００４１】
長さｌ（図４（Ｂ）参照）
断面積Ａ（図４（Ｂ）参照）
断面２次モーメントＩ
断面２次極モーメントＪ（ねじり抵抗係数ともよばれている）
縦弾性係数Ｅ
横弾性係数Ｇ
なお、上記特性値に直接表れされていないが、それらを求めるために密度ρやポアソン比μ等も用いられる。
【００４２】
なお、本明細書中、長さｌ、断面積Ａ等のような、線条構造物等の外形を直接的に決定する物理特性に関するパラメータを外形パラメータとよび、それ以外の断面２次モーメントＩ、断面２次極モーメントＪ、縦弾性係数Ｅ及び横弾性係数Ｇ、密度ρ、ポアソン比μ等のような物理特性に関するパラメータを非外形パラメータとよぶものとする。
【００４３】
そして、図５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。
【００４４】
なお、図中、
Ｆxi：ｉ番要素のｘｉ軸方向の節点力
Ｆyi：ｉ番要素のｙｉ軸方向の節点力
Ｆzi：ｉ番要素のｚｉ軸方向の節点力
Ｍxi：ｉ番要素のｘｉ軸周りの端モーメント（右ネジ方向を正とする）
Ｍyi：ｉ番要素のｙｉ軸周りの端モーメント（右ネジ方向を正とする）
Ｍzi：ｉ番要素のｚｉ軸周りの端モーメント（右ネジ方向を正とする）
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軸周りの角変位（右ネジ方向を正とする）
θyi：ｉ番要素のｙｉ軸周りの角変位（右ネジ方向を正とする）
θzi：ｉ番要素のｚｉ軸周りの角変位（右ネジ方向を正とする）
αは左側の節点、βは右側の節点
を示す。
【００４５】
ところで、線材等のような大変形をともなう構造力学では一般に有限要素法の平衡方程式は次式の形となる。
（[Ｋ]＋[ＫG]）｛ｘ｝＝｛Ｆ｝…（１）
ここで、[Ｋ]：全体剛性マトリックス、[ＫG]：全体幾何剛性マトリックス、｛ｘ｝：
変位ベクトル、｛Ｆ｝：荷重ベクトル（力ベクトルともよぶ）
【００４６】
但し、式（１）は代数的には非線形連立方程式となっているため、実際の数値解析においてはそのままで解くことはできない。そのため、荷重値を細分化して逐次加算していく増分方法を採ることになる（強制変位の場合も同様）。よって、式（１）の平衡方程式も下記の増分形式で表現することになる。
（[Ｋ]＋[ＫG]）｛Δｘ｝＝｛ΔＦ｝−｛Ｒ｝…（１）′
ここで、｛ΔＦ｝：荷重増分の値、｛Δｘ｝：増分ステップにおける増分変位、｛Ｒ｝：荷重ベクトルの補正ベクトル
【００４７】
そして、各増分区間では平衡方程式は線形方程式とみなして計算し、その際、生じる不平衡力（式（１）′中のベクトル｛Ｒ｝）を次ステップに進む前に反復法により許容範囲まで減少させることになる。これら一連のアルゴリズムとしては、例えば、ニュートン・ラプソン法や弧長法といった公知の方法を利用する。
【００４８】
なお、形状予測のように強制変位を指定する場合には、平衡方程式左辺のうち、第２項の全体幾何剛性マトリックス[ＫG]を省く場合が良性となることも多く、本ケースでも省
いている。
【００４９】
また、左辺第１項の全体剛性マトリックス[Ｋ]は各増分ステップで時々刻々と座標値を変更させながら書き替えられる各要素の剛性マトリックスを全体座標系に変換して集計されたものである。この基本となる要素剛性マトリックスの具体的な表現内容が下記の式（２）である。
【００５０】
【数１】
2005302344.tif 000003
【００５１】
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６（Ａ）に示すように、線材を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６（Ｂ）に示すように、結合することができる。
【００５２】
なお、図中、
Ｆxi：ｉ番要素のｘｉ軸方向の節点力
Ｆyi：ｉ番要素のｙｉ軸方向の節点力
Ｆzi：ｉ番要素のｚｉ軸方向の節点力
Ｍxi：ｉ番要素のｘｉ軸周りの端モーメント
Ｍyi：ｉ番要素のｙｉ軸周りの端モーメント
Ｍzi：ｉ番要素のｚｉ軸周りの端モーメント
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軸周りの角変位
θyi：ｉ番要素のｙｉ軸周りの角変位
θzi：ｉ番要素のｚｉ軸周りの角変位
を示し、
ｉ＝１α、１β、２α、２β、３α、３βである。
【００５３】
そして、図６（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。
【００５４】
【数２】
2005302344.tif 000004
【００５５】
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。
【００５６】
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線材の数式モデルを作成することができる。
【００５７】
ちなみに、上記式（３）を簡単に表すと、
［Ｋ］｛ｘ｝＝｛Ｆ｝…（４）
となる。
【００５８】
したがって、上記（３）や式（４）に基づき、変位ベクトル｛ｘ｝の各要素を求めることにより、経路、すなわち、線材の予測形状を計算することができる。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中でも紹介されている。
【００５９】
次に、本発明における形状予測に必要なポアソン比、縦弾性係数及び横弾性係数の求め方の一例について以下に示す。図７（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７（Ｂ）は、断面２次極モーメント及び横弾性係数を測定する様子を示す図である。
【００６０】
まず、長さｌ、断面積Ａ及び密度ρは、対象となる線材を、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。
【００６１】
また、縦弾性係数Ｅは、図７（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）
【００６２】
また、断面２次モーメントＩは、上記のように線材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）
【００６３】
したがって、
Ｅ＝６４ＦＬ3／３ＸπＤ4…（７）
となる。
【００６４】
この測定では、
Ｅ＝（Ｆ／Ｘ）×（６４Ｌ3／３πＤ4）
として、Ｆとｘとの関係を測定することにより、縦弾性係数Ｅを求めることができる。
【００６５】
一方、横弾性係数Ｇは、図７（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）
【００６６】
断面２次極モーメントＪは、線材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）
【００６７】
また、ねじる力は、
Ｔ＝ＦＳ…（１０）
となる。
【００６８】
よって、
Ｇ＝（３２ＦＳＬ／θπＤ4）×２＝（Ｆ／θ）（３２ＳＬ／πＤ4）×２…（１１）
したがって、Ｆとθの関係を測定することにより、横弾性係数Ｇを求めることができる。
【００６９】
なお、横弾性係数Ｇと縦弾性係数Ｅとは、次式（１２）のような関係がある。
Ｇ＝Ｅ／２（１＋μ）…（１２）
ここで、μ：ポアソン比
を示す。
【００７０】
なお、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、横弾性係数Ｇ及び縦弾性係数Ｅ各値を取得するようにしてもよい。
【００７１】
次に、上記理論、基本式及び測定値を利用して後述する処理手順にしたがって、線材の予測形状等を計算及び出力するための本発明に係るハードウエア構成について説明する。図８は、本発明の全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。
【００７２】
図８に示すように、本発明では、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、通信インターフェース２６及びリードライト装置２７を含んで構成される、例えば、パーソナルコンピュータが用いられる。いうまでもなく、パーソナルコンピュータ以外のディスクトップコンピュータやスーパーコンピュータを用いてもよい。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ＬＣＤや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。
【００７３】
また、記憶装置２５は、インストールされた本発明に係る予測形状計算プログラム２９ａ、このプログラム２９ａによる処理結果等を記憶するハードディスクドライブであり、通信インターフェース２６は外部装置との間で、例えば、インターネットやＬＡＮ回線等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。リードライト装置２７は、ＣＤやＤＶＤ等の記録媒体２９に格納される本発明に係る予測形状計算プログラム２９ａを読み込んだり、この予測形状計算プログラム２９ａによる計算結果を記録媒体２９に書き込む装置である。これらの各構成要素は、内部バス２８を介して接続されている。
【００７４】
マイクロコンピュータ２１は、リードライト装置２７にて読み込まれた予測形状計算プログラム２９ａを記憶装置２５にインストールする。また、電源が投入されると、マイクロコンピュータ２１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、インストールされている予測形状計算プログラム２９ａを立ちあげる。そして、マイクロコンピュータ２１は、予測形状計算プログラム２９ａにしたがって、線材の形状予測に係る処理をしたり、処理結果を表示装置２３や印字装置２４から出力させたり、処理結果を記憶装置２５や記録媒体２９に保存させたりする。予測形状計算プログラム２９ａは、上記基本構成を有する他のパーソナルコンピュータ等にもインストール可能であり、インストール後は、そのコンピュータを配線設計支援装置として機能させる。なお、予測形状計算プログラム２９ａは、記録媒体２９のみならず、インターネットやＬＡＮ等の通信回線を経由して提供されたものであってもよい。
【００７５】
なお、上記例示したハードウエアは、以下の第１実施形態及び第２実施形態に共通するものである。
【００７６】
[第１実施形態]
続いて、図９及び図１０を用いて、本発明の第１実施形態に係る処理手順について説明する。図９は、本発明の第１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１０（Ａ）〜図１０（Ｄ）はそれぞれ、図９の各処理過程にしたがって線材が変形する状態を示す図である。ここでは、上記図３で示したようなワイヤーハーネスの端部近傍を想定する。この実施形態では、基本的に、短線材１１Ｓの長さ、長線材１１Ｌの長さ、端子部材２０の固定端幅が与えられたときに、短線材１１Ｓ、長線材１１Ｌの予測形状、及び端子部材２０の首振角度が求められる。
【００７７】
まず、図９に示すステップＳ１０１及びステップＳ１０２においてはそれぞれ、線材長及び固定端幅が指定される。線材長は、図１０（Ａ）に示すように、ワイヤーハーネスを構成する複数の線材を束ねる外装部材１２（図３参照）が非装着状態の短線材１１Ｓの長さである短線材長ＸＳ及びこれより長い長線材１１Ｌの長さである長線材長ＸＬである。固定端幅Ｗは、端子部材２０の接続部２０Ｓ、２０Ｌ間の距離である。なお、線材長及び固定端幅の指定は、入力装置２２を用いて手入力されてもよいし、ＣＡＤデータを流用してもよい。
【００７８】
続いて、ステップＳ１０３においては、上述した手法を用いて、図１０（Ｂ）に示すように、図１０（Ａ）で示した線材１１Ｓ、１１Ｌ及び端子部材２０に対応する有限要素モデルが作成される。図１０（Ｂ）における、１１Ｓ′、１１Ｌ′及び２０′はそれぞれ、図１０（Ａ）における、線材１１Ｓ、１１Ｌ及び端子部材２０に対応する。
【００７９】
詳しくは、１１Ｓ′は、線材１１Ｓが、節点１ａ０、１ａ１、１ａ２、１ａ３、１ａ４、及び１ａ５で結合された複数の梁要素で表されたものである。また、１１Ｌ′は、線材１１Ｌが、節点１ａ１０、１ａ１１、１ａ１２、１ａ１３、１ａ１４、１ａ１５、１ａ１６、及び１ａ１７で結合された複数の梁要素で表されたものである。そして、２０′は、端子部材２０が、節点１ａ６、１ａ７、１ａ８、及び１ａ９で表されたものである。各節点は、線材１１Ｓ、１１Ｌの端部や、端子部材２０の接続部２０Ｓ、２０Ｌ等が割り当てられる。なお、ステップＳ１０３は、請求項１〜４中の有限要素モデル作成工程、有限要素モデル作成手段に対応する。
【００８０】
続いて、ステップＳ１０４においては、上述のように表された有限要素モデルに対して、拘束条件、外形パラメータ、非外形パラメータ等が設定される。ここで設定される拘束条件としては、各節点１ａ０〜１ａ１７に対して、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）や初期形状に対応する座標等が設定される。具体的には、節点１ａ０、１ａ１７には拘束種類として完全拘束が設定され（但し、節点１ａ１７は強制変位される制御点）、節点１ａ０、１ａ１７以外は拘束種類として完全自由が設定される。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。
【００８１】
また、ステップＳ１０４で設定される外形パラメータとしては既に指定されている長さＸＳ、ＸＬ、幅Ｗ以外のパラメータである断面積Ａが設定され、非外形パラメータとしては、断面２次モーメントＩ、断面２次極モーメントＪ、ポアソン比μ、密度ρ、縦弾性係数Ｅ及び横弾性係数Ｇが設定される。補足すると、節点１ａ０〜１ａ５には、線材１１Ｓに対応する外形パラメータ、非外形パラメータが設定され、節点１ａ１０〜１ａ１７には、線材１１Ｌに対応する外形パラメータ、非外形パラメータが設定され、節点１ａ６〜１ａ９には、端子部材２０に対応する外形パラメータ、非外形パラメータが設定される。これらは、上記のようにして予め計測或いは求めら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。外形パラメータ及び非外形パラメータは、請求項中の物理特性に対応する。なお、図示しないが、この計算に係る各種制御値等も設定される。
【００８２】
続いて、ステップＳ１０５において、このような設定値に応じた、有限要素モデルの物理的に釣り合った状態である予測形状、すなわち、図１０（Ｂ）に示したような初期形状１ａを計算する。
【００８３】
なお、ここでは、対象となる線材が真っ直ぐに伸ばされた初期形状になるように拘束条件が設定されているが、初期形状としては別の形状になるように拘束条件を設定してもよい。例えば、コンテナから取り出したワイヤーハーネスを車両に配策する場合、ワイヤーハーネスや線材がコンテナの中でどのように折り曲げられていたかにより初期形状が変わってくる。このような折り曲げられた初期形状を出発点として予測形状に反映させることにより、より現実に即した予測形状を計算することが可能になる。
【００８４】
なお、初期形状を計算するためには、必ずしも有限要素法を利用する必要はない。いずれにしても、対象となる線材の組み付け前の形状が反映された初期形状を出力することが好ましい。上記形状計算処理はマイクロコンピュータ２１にて行われ、各値の設定には入力装置２２が用いられ、予測形状の出力には表示装置２３及び／又は印字装置２４が用いられる。なお、以降の処理においても、形状計算処理はマイクロコンピュータ２１にて行われ、各値の設定には入力装置２２が用いられ、計算結果の出力には表示装置２３が用いられる。
【００８５】
続いて、ステップＳ１０６において、長線材１１Ｌの根元を基準位置に強制変位する。すなわち、図１０（Ｃ）において矢印で示すように、長線材１１Ｌの根元に対応する節点１ａ１７を、基準位置に対応する位置に強制変位する。基準位置は、線材１１Ｓ、１１Ｌの、外装部材１２からの非装着開始部Ｒに対応する。
【００８６】
続いて、ステップＳ１０７において、図１０（Ｄ）で示すような予測形状１ｚを計算する。この計算において、節点１ａ１７を基準位置に強制変位させる以外は、上記ステップＳ１０１、ステップＳ１０２、ステップＳ１０４で設定された値が適用される。なお、図１０（Ｄ）に示す、節点１ｚ０、１ｚ１、１ｚ２、１ｚ３、１ｚ４、１ｚ５、１ｚ６、１ｚ７、１ｚ８、１ｚ９、１ｚ１０、１ｚ１１、１ｚ１２、１ｚ１３、１ｚ１４、１ｚ１５、１ｚ１６及び１ｚ１７はそれぞれ、図１０（Ｂ）に示す節点１ａ０、１ａ１、１ａ２、１ａ３、１ａ４、１ａ５、１ａ６、１ａ７、１ａ８、１ａ９、１ａ１０、１ａ１１、１ａ１２、１ａ１３、１ａ１４、１ａ１５、１ａ１６及び１ａ１７が変位したことを示している。なお、ステップＳ１０７は、請求項１〜４中の予測形状計算工程、予測形状計算手段に対応する。
【００８７】
更に、ステップＳ１０８において、端子部材２０の首振角度θｔを計算する。首振角度θｔは、図３を用いて説明したように、接続部２０Ｓ、２０Ｌ間を結ぶ線Ｋと、非装着開始部Ｒとの成す角度としているが、上記線Ｋとここでは図示しない他の基準線との成す角としてもよい。なお、ステップＳ１０８は、請求項１〜４中の首振角度計算工程及び首振角度計算手段に対応する。
【００８８】
そして、ステップＳ１０９において、上述のようにして計算された結果が、図１０（Ｄ）に示す予測形状１ｚに準じた形状で表示装置２３に出力される。すなわち、図１０（Ｄ）に示す予測形状１ｚを、図１０（Ａ）に示すような線材や端子部材に置き替えて出力する。計算結果は、表示装置２３のみならず、印字装置２４にも出力したり、記録媒体２９に記録されるようにすることが好ましい。なお、上記初期形状１ａに準じた形状も表示装置２３に出力するようにすることが好ましい。
【００８９】
このように、本発明の第１実施形態によれば、短線材１１Ｓの長さ、長線材１１Ｌの長さ、端子部材２０の固定端幅が与えられたときに、短線材１１Ｓ、長線材１１Ｌの予測形状、及び端子部材２０の首振角度を求めることができる。したがって、端子部材２０に至るまでの線材の形状や端子部材２０の首振角度を把握できるようになるので、最適なワイヤーハーネスの配線設計のために、非常に有効となる。また、端子部材２０の検討等にも有効となる。
【００９０】
[第２実施形態]
続いて、図１１及び図１２を用いて、本発明の第２実施形態に係る処理手順について説明する。図１１は、本発明の第２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１２（Ａ）〜図１２（Ｄ）はそれぞれ、図１１の各処理過程にしたがって線材が変形する状態を示す図である。ここでは、上記図３で示したようなワイヤーハーネスの端部近傍を想定する。この実施形態では、基本的に、端子部材２０の固定端幅、首振角度、短線材のデフォルト長が与えられたときに、短線材、長線材の予測形状及び短線材及び長線材の線長差が求められる。
【００９１】
まず、図１１に示すステップＳ２０１及びステップＳ２０２においてはそれぞれ、首振角度及び固定端幅が指定される。首振角度は、図３を用いて説明したように、例えば、接続部２０Ｓ、２０Ｌ間を結ぶ線Ｋと、非装着開始部Ｒとの成す角度とする。ここでは、図１２（Ａ）に示すように、最終的な首振角度θｒが指定されるものとする。固定端幅Ｗは、端子部材２０の接続部２０Ｓ、２０Ｌ間の距離である。なお、首振角度及び固定端幅の指定は、入力装置２２を用いて手入力されてもよいし、ＣＡＤデータを流用してもよい。
【００９２】
続いて、ステップＳ２０３においては、短線材１１Ｓにデフォルト長ＸＳが指定され、これに基づき長線材１１Ｌの線長（例えば、デフォルト長ＸＳ＋固定端幅Ｗ）が指定される。短線材のデフォルト長としては、通常想定される外装部材が非装着状態の線長を適宜設定する。また長線材１１Ｌの線長は、短線材１１Ｓのデフォルト長ＸＳ＋固定端幅Ｗとしたが、短線材１１Ｓよりも長い他の線長としてもよい。
【００９３】
続いて、ステップＳ２０４においては、上述した手法を用いて、図１２（Ｂ）に示すように、図１２（Ａ）で示した線材１１Ｓ、１１Ｌ及び端子部材２０に対応する有限要素モデルが作成される。図１２（Ｂ）における、１１Ｓ′、１１Ｌ′及び２０′はそれぞれ、図１２（Ａ）における、線材１１Ｓ、１１Ｌ及び端子部材２０に対応する。
【００９４】
詳しくは、１１Ｓ′は、線長ＸＳの線材１１Ｓが、節点１ａ０、１ａ１、１ａ２、１ａ３、１ａ４、及び１ａ５で結合された複数の梁要素で表されたものである。また、１１Ｌ′は、線長ＸＳ＋Ｗの線材１１Ｌが、節点１ａ１０、１ａ１１、１ａ１２、１ａ１３、１ａ１４、１ａ１５、１ａ１６、及び１ａ１７で結合された複数の梁要素で表されたものである。そして、２０′は、幅Ｗの端子部材２０が、節点１ａ６、１ａ７、１ａ８、及び１ａ９で表されたものである。各節点は、線材１１Ｓ、１１Ｌの端部や、端子部材２０の接続部２０Ｓ、２０Ｌ等が割り当てられる。なお、ステップＳ２０４は、請求項５〜８中の有限要素モデル作成工程、有限要素モデル作成手段に対応する。
【００９５】
続いて、ステップＳ２０５においては、上述のように表された有限要素モデルに対して、拘束条件、外形パラメータ、非外形パラメータ等が設定される。ここで設定される拘束条件としては、各節点１ａ０〜１ａ１７に対して、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）や初期形状に対応する座標等が設定される。具体的には、節点１ａ０、１ａ１７には拘束種類として完全拘束が設定され（但し、節点１ａ１７は強制変位される制御点）、節点１ａ０、１ａ１７以外は拘束種類として完全自由が設定される。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。
【００９６】
また、ステップＳ２０５で設定される外形パラメータとしては既に指定されている長さＸＳ、ＸＳ＋Ｗ、幅Ｗ以外のパラメータである断面積Ａが設定され、非外形パラメータとしては、断面２次モーメントＩ、断面２次極モーメントＪ、ポアソン比μ、密度ρ、縦弾性係数Ｅ及び横弾性係数Ｇが設定される。補足すると、節点１ａ０〜１ａ５には、線材１１Ｓに対応する外形パラメータ、非外形パラメータが設定され、節点１ａ１０〜１ａ１７には、線材１１Ｌに対応する外形パラメータ、非外形パラメータが設定され、節点１ａ６〜１ａ９には、端子部材２０に対応する外形パラメータ、非外形パラメータが設定される。これらは、上記のようにして予め計測或いは求めら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。外形パラメータ及び非外形パラメータは、請求項中の物理特性に対応する。なお、図示しないが、この計算に係る各種制御値等も設定される。
【００９７】
続いて、ステップＳ２０６において、このような設定値に応じた、有限要素モデルの物理的に釣り合った状態である予測形状、すなわち、図１２（Ｂ）に示したような初期形状１ａを計算する。
【００９８】
なお、ここでは、対象となる線材が真っ直ぐに伸ばされた初期形状になるように拘束条件が設定されているが、初期形状としては別の形状になるように拘束条件を設定してもよい。また、初期形状を計算するためには、必ずしも有限要素法を利用する必要はない。いずれにしても、対象となる線材の組み付け前の形状が反映された初期形状を出力することが好ましい。上記形状計算処理はマイクロコンピュータ２１にて行われ、各値の設定には入力装置２２が用いられ、予測形状の出力には表示装置２３及び／又は印字装置２４が用いられる。なお、以降の処理においても、形状計算処理はマイクロコンピュータ２１にて行われ、各値の設定には入力装置２２が用いられ、計算結果の出力には表示装置２３が用いられる。
【００９９】
続いて、ステップＳ２０７において、長線材１１Ｌの根元を所定量だけ強制変位する。すなわち、図１２（Ｃ）において矢印で示すように、長線材１１Ｌの根元に対応する節点１ａ１７を、節点１ｂ１７に押し出すように強制変位する。強制変位量は、現在の首振角度θｔ（現首振角度）が指定した首振角度θｒ（指定首振角度）を一気に超えてしまうことのないようにする必要がある。例えば、１０〜３０回程度変位させたときに、首振角度θｔが首振角度θｒに到達するように、節点１ａ１７の強制変位量を設定する。
【０１００】
なお、図１２（Ｃ）に示す、節点１ｂ０、１ｂ１、１ｂ２、１ｂ３、１ｂ４、１ｂ５、１ｂ６、１ｂ７、１ｂ８、１ｂ９、１ｂ１０、１ｂ１１、１ｂ１２、１ｂ１３、１ｂ１４、１ｂ１５、１ｂ１６及び１ｂ１７はそれぞれ、図１２（Ｂ）に示す節点１ａ０、１ａ１、１ａ２、１ａ３、１ａ４、１ａ５、１ａ６、１ａ７、１ａ８、１ａ９、１ａ１０、１ａ１１、１ａ１２、１ａ１３、１ａ１４、１ａ１５、１ａ１６及び１ａ１７が変位したことを示している。
【０１０１】
そして、現首振角度θｔと指定首振角度θｒとの角度差が、所定の許容範囲内に納まるまで（ステップＳ２０９、ステップＳ２１０、ステップＳ２１１）、長線材１１Ｌの根元に対応する節点１ａ１７を押し出すような強制変位及び予測形状の計算（ステップＳ２０７、ステップＳ２０８）、又は、節点１ａ１７を引き戻すような強制変位及び予測形状の計算（ステップＳ２１２、ステップＳ２１３）を繰り返す。なお、ステップＳ２１２の節点１ａ１７を引き戻すような強制変位は、ステップＳ２０７の押し出すような強制変位とは逆方向への強制変位であるが、引き戻し処理時の変位量は、処理を終了させるために、引き戻し処理を繰り返す毎に変位量を徐々に小さくしていくようにする。ステップＳ２０８、ステップＳ２１３は、請求項５〜８中の予測形状計算工程、予測形状計算手段に対応する。
【０１０２】
ステップＳ２１０又はステップＳ２１１において、現首振角度θｔと指定首振角度θｒとの角度差が、所定の許容範囲内に納まったと判定されると（ステップＳ２１０のＹ又はステップＳ２１１のＹ）、ステップＳ２１４に進んで、両線材の線長差が計算される。そして、ステップＳ２１５において、ステップＳ２１４で計算された両線材の線長差及びステップＳ２０８及びステップＳ２１３で計算された予測形状が出力される。なお、ステップＳ２１４は、請求項５〜８中の線長差計算工程、線長差計算手段に対応する。
【０１０３】
現首振角度θｔと指定首振角度θｒとの角度差が、所定の許容範囲内に納まったときには、有限要素モデルは、例えば、図１２（Ｄ）に示すような、予測形状１ｚで物理的に釣り合った状態となる。図１２（Ｄ）に示す、節点１ｚ０、１ｚ１、１ｚ２、１ｚ３、１ｚ４、１ｚ５、１ｚ６、１ｚ７、１ｚ８、１ｚ９、１ｚ１０、１ｚ１１、１ｚ１２、１ｚ１３、１ｚ１４、１ｚ１５、１ｚ１６及び１ｚ１７はそれぞれ、図１２（Ｂ）に示す節点１ａ０、１ａ１、１ａ２、１ａ３、１ａ４、１ａ５、１ａ６、１ａ７、１ａ８、１ａ９、１ａ１０、１ａ１１、１ａ１２、１ａ１３、１ａ１４、１ａ１５、１ａ１６及び１ａ１７が変位したことを示している。
【０１０４】
長線材１１Ｌと短線材１１Ｓとの線長差は、図１２（Ｄ）におけるＸＤとして計算することができる。ステップＳ２１５における計算結果の出力では、図１２（Ｄ）に示す予測形状１ｚに準じた形状が表示装置２３に出力される。すなわち、図１２（Ｄ）に示す予測形状１ｚを、図１２（Ａ）や図３に示すような線材や端子部材に置き替えて出力する。計算結果は、表示装置２３のみならず、印字装置２４にも出力したり、記録媒体２９に記録されるようにすることが好ましい。なお、上記初期形状１ａや途中の予測形状１ｂに準じた形状も表示装置２３に出力するようにすることが好ましい。
【０１０５】
このように、本発明の第２実施形態によれば、端子部材２０の固定端幅、首振角度、短線材のデフォルト長が与えられたときに、短線材、長線材の予測形状及び短線材及び長線材の線長差を求めることができる。したがって、端子部材２０の任意の首振角度に対応する、固定端に至るまでの両線材の形状を把握できるようになるので、最適なワイヤーハーネスの配線設計のために、非常に有効となる。また、ワイヤーハーネスの構成線材の検討等にも有効となる。
【０１０６】
なお、本発明は、例示した短線材、長線材のみならず、３本以上の線材が端子部材に接続されている場合にも同様に適用可能である。この場合には、端子部材は、コネクタ等のような３本以上の線材に対応したものとなる。有限要素モデルは、図１３に示すように、コネクタ等の端子部材に対応する部分２０′と、各線材に対応する部分１１Ｓ′等で表すことができる。節点及び梁要素の割り当て、拘束条件、外形パラメータ、非外形パラメータ等の設定も上記第１及び第２実施形態と同様に行うことができる。そして、例えば、節点１ａ０、１ａ１９、１ａ２０、１ａ１８を、非装着開始部Ｒに強制変位させたときの予測形状や首振角度を同様に求めることができる。
【０１０７】
また、本発明は、円形断面の線材のみならず、矩形断面、円環断面、楕円断面、Ｈ字断面等の線材に対しても、同様に適用可能である。すなわち、本発明が適用される線材は、円形断面に限定されない。
【図面の簡単な説明】
【０１０８】
【図１】ワイヤーハーネスの例を概略的に示す図である。
【図２】ワイヤーハーネスに取り付けられ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】ワイヤーハーネスの端部近傍を示す図である。
【図４】図４（Ａ）は、線材の外観を示す図であり、図４（Ｂ）は、図４（Ａ）の線材を離散化した様子を示す図であり、図４（Ｃ）は、図４（Ａ）の線材を梁要素と節点とで表した図である。
【図５】梁要素と節点とで表した線材における自由度を説明するための図である。
【図６】図６（Ａ）は、線材を３つの梁要素で表した図であり、図６（Ｂ）は、図６（Ａ）の３つの梁要素を結合した状態を示す図である。
【図７】図７（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７（Ｂ）は、断面２次極モーメント及び横弾性係数を測定する様子を示す図である。
【図８】全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９】本発明の第１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１０】図１０（Ａ）〜図１０（Ｄ）はそれぞれ、図９の各処理過程にしたがって線材が変形する状態を示す図である。
【図１１】本発明の第２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１２】図１２（Ａ）〜図１２（Ｄ）はそれぞれ、図１１の各処理過程にしたがって線材が変形する状態を示す図である。
【図１３】本発明の適用例を説明するための図である。
【符号の説明】
【０１０９】
１  ワイヤーハーネス
２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ  コネクタ
３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ  クリップ
４  分岐点
１１  線材
２０  端子部材
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  リードライト装置
２８  内部バス
Ｃ１〜Ｃ７  梁要素
Ｎ１〜Ｎ８  節点（ノード）
【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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【図６】
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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１１】
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【図１２】
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【図１３】
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