(57)【要約】【課題】支持部材の剛性等も想定して線条構造物の予測形状を計算することにより、より現実に近い線条構造物の配線設計が可能になる配線設計支援方法、その装置及びそのプログラムを提供する。【解決手段】対象となる線条構造物及びこの線条構造物の支持部材を直線性が保たれた複数の梁要素が結合された弾性体として、有限要素モデル１ａが作成され（Ｓ１）、この有限要素モデルに与えられた線条構造物及び支持部材の物理特性及び拘束条件に応じた、この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（Ｓ７）、この計算結果が出力される（Ｓ９）。【選択図】図１０
2005294195.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有限要素法を利用して線条構造物の予測形状を計算して最適な配線設計を支援する方法であって、
対象となる前記線条構造物及びこの線条構造物の支持部材を直線性が保たれた複数の梁要素が結合された弾性体として、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条構造物及び前記支持部材の物理特性及び拘束条件に応じた、この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、
を含むことを特徴とする線条構造物の配線設計支援方法。
【請求項２】
請求項１記載の配線設計支援方法において、
前記支持部材は、完全拘束型であり、
前記支持部材の中心軸に対応する節点に対して、前記拘束条件の種類として完全拘束を与え、
前記支持部材の中心軸以外に対応する節点に対して、前記拘束条件の種類として完全自由を与える、
ことを特徴とする線条構造物の配線設計支援方法。
【請求項３】
請求項２記載の配線設計支援方法において、
前記中心軸に対応する節点及び前記両端部に対応する節点に基づいて、前記支持部材の所定の基準線に対する傾きを求める傾き計算工程、を更に含み、
前記結果出力工程では、前記計算結果として前記傾きも出力する、
ことを特徴とする線条構造物の配線設計支援方法。
【請求項４】
有限要素法を利用して線条構造物の予測形状を計算して最適な配線設計を支援する装置であって、
対象となる前記線条構造物及びこの線条構造物の支持部材を直線性が保たれた複数の梁要素が結合された弾性体として、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条構造物及び前記支持部材の物理特性及び拘束条件に応じた、この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、
を含むことを特徴とする線条構造物の配線設計支援装置。
【請求項５】
有限要素法を利用して線条構造物の予測形状を計算して最適な配線設計を支援するために、コンピュータを、
対象となる前記線条構造物及びこの線条構造物の支持部材を直線性が保たれた複数の梁要素が結合された弾性体として、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条構造物及び前記支持部材の物理特性及び拘束条件に応じた、この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、として機能させる、
ことを特徴とする線条構造物の配線設計支援プログラム。
【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の線条構造物の配線設計を支援する方法、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条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上記線条構造物としての、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、それぞれ構成線条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、ワイヤーハーネス等の線条構造物は、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】
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、上記コネクタ２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄやクリップ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ等の支持部材に関しては、それらの中心軸に対して、後述する図２で示すような拘束条件を与えるのみであった。
【０００７】
このような支持部材に関する拘束条件を与えて、上記特許文献１の方法によりワイヤーハーネスの予測形状を計算すると、その形状は図３の１ｚで示すようになる。すなわち、完全拘束型の支持部材３が取り付けられているワイヤーハーネスの部位は、支持部材３の全長にわたって完全拘束であるものとして扱われ、ワイヤーハーネスの予測形状１ｚもこれに依存した形状となる。なお、図３中、ＦＸは完全拘束される点を示す。
【０００８】
ところが、支持部材は、実際には、中心軸に対応する部位と両端部に対応する部位とでは剛性が異なっている。例えば、クランプ等の完全拘束型の支持部材の場合、中心軸ＣＸに対応する部位は完全拘束されるが、両端部に対応する部位は剛性に応じて変位する。この結果、点ＦＸが完全拘束されるものとすると、支持部材は３′で示すように傾きを生じることになる。そうすると、ワイヤーハーネスの予測形状も１ｚ′に示すようにこれに依存した形状となる。
【０００９】
すなわち、上記特許文献１の方法では、支持部材の剛性等の物理特性が考慮されてないため、ワイヤーハーネスの予測形状が、現実とはやや異なったものとなる可能性があり、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、支持部材の剛性等も想定して線条構造物の予測形状を計算することにより、より現実に近い線条構造物の配線設計が可能になる配線設計支援方法、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記載の線条構造物の配線設計支援方法は、有限要素法を利用して線条構造物の予測形状を計算して最適な配線設計を支援する方法であって、対象となる前記線条構造物及びこの線条構造物の支持部材を直線性が保たれた複数の梁要素が結合された弾性体として、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条構造物及び前記支持部材の物理特性及び拘束条件に応じた、この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、を含むことを特徴とする。
【００１２】
また、上記課題を解決するためになされた請求項２記載の線条構造物の配線設計支援方法は、請求項１記載の配線設計支援方法において、前記支持部材は、完全拘束型であり、前記支持部材の中心軸に対応する節点に対して、前記拘束条件の種類として完全拘束を与え、前記中心軸以外に対応する節点に対して、前記拘束条件の種類として完全自由を与える、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３記載の線条構造物の配線設計支援方法は、請求項２記載の配線設計支援方法において、前記中心軸に対応する節点及び前記両端部に対応する節点に基づいて、前記支持部材の所定の基準線に対する傾きを求める傾き計算工程、を更に含み、前記結果出力工程では、前記計算結果として前記傾きも出力する、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４記載の線条構造物の配線設計支援装置は、有限要素法を利用して線条構造物の予測形状を計算して最適な配線設計を支援する装置であって、対象となる前記線条構造物及びこの線条構造物の支持部材を直線性が保たれた複数の梁要素が結合された弾性体として、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条構造物及び前記支持部材の物理特性及び拘束条件に応じた、この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、を含むことを特徴とする。
【００１５】
また、上記課題を解決するためになされた請求項５記載の線条構造物の配線設計支援プログラムは、有限要素法を利用して線条構造物の予測形状を計算して最適な配線設計を支援するために、コンピュータを、対象となる前記線条構造物及びこの線条構造物の支持部材を直線性が保たれた複数の梁要素が結合された弾性体として、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条構造物及び前記支持部材の物理特性及び拘束条件に応じた、この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、として機能させる、ことを特徴とする。
【００１６】
請求項１、請求項４及び請求項５記載の発明によれば、対象となる線条構造物及びこの線条構造物の支持部材を直線性が保たれた複数の梁要素が結合された弾性体として、有限要素モデルが作成され、この有限要素モデルに与えられた線条構造物及び支持部材の物理特性及び拘束条件に応じた、この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、この計算結果が出力される。すなわち、支持部材の物理特性までも想定して予測形状を計算している。
【００１７】
また、請求項２記載の発明によれば、支持部材の中心軸に対応する節点に対して、拘束条件の種類として完全拘束を与え、中心軸以外に対応する節点に対して、拘束条件の種類として完全自由を与えることにより、中間部位に完全拘束型の支持部材が取り付けられた場合の線条構造物の予測形状を計算可能になる。
【００１８】
また、請求項３記載の発明によれば、中心軸に対応する節点及び両端部に対応する節点に基づいて、支持部材の所定の基準線に対する傾きが求められて出力されるので、支持部材の選択時等において有効な情報が提供される。
【発明の効果】
【００１９】
請求項１、請求項４及び請求項５記載の発明によれば、対象となる線条構造物及びこの線条構造物の支持部材を直線性が保たれた複数の梁要素が結合された弾性体として、有限要素モデルが作成され、この有限要素モデルに与えられた線条構造物及び支持部材の物理特性及び拘束条件に応じた、この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、この計算結果が出力される。このように、支持部材の物理特性までも想定して、有限要素法を用いて予測形状を計算しているので、より現実に近い線条構造物の配線設計が可能になる。
【００２０】
また、請求項２記載の発明によれば、支持部材の中心軸に対応する節点に対して、拘束条件の種類として完全拘束を与え、中心軸以外に対応する節点に対して、拘束条件の種類として完全自由を与えることにより、中間部位に完全拘束型の支持部材が取り付けられた場合の線条構造物の予測形状をより正確に計算可能になる。
【００２１】
また、請求項３記載の発明によれば、中心軸に対応する節点及び両端部に対応する節点に基づいて、支持部材の所定の基準線に対する傾きが求められて出力されるので、支持部材の選択時等において有効な情報が提供される。したがって、線条構造物の最適な配線設計にも有効となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
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、対象となる線条構造物としての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、対象となる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。
【００２３】
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、それぞれ構成線条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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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、後述するように、予測経路の計算のために、各節点にそれぞれ、設定される。
【００２９】
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、ワイヤーハーネスの外観を示す図であり、図４（Ｂ）は、図４（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４（Ｃ）は、図４（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５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６（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。
【００３０】
まず、本発明では、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）．各梁要素に直線性が保たれるものと仮定する。
【００３１】
なお、梁要素と仮定することは、ワイヤーハーネスを一様断面、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、ワイヤーハーネスを円形断面と想定して説明していく。
【００３２】
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。
【００３３】
まず、ワイヤーハーネスを離散化する。すなわち、図４（Ａ）に示すように、複数の電線１１がテープ１２等の外装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４（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。
【００３４】
したがって、図４（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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
ところで、ワイヤーハーネス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）
【００４０】
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
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
【数１】
2005294195.tif 000003
【００４５】
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、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６（Ｂ）に示すように、結合することができる。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
【数２】
2005294195.tif 000004
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
ちなみに、上記式（３）を簡単に表すと、
［Ｋ］｛ｘ｝＝｛Ｆ｝…（４）
となる。
【００５２】
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、ワイヤーハーネス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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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）
【００５６】
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）
【００５７】
したがって、
Ｅ＝６４ＦＬ3／３ＸπＤ4…（７）
となる。
【００５８】
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。
【００５９】
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）
【００６０】
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）
【００６１】
また、ねじる力は、
Ｔ＝ＦＳ…（１０）
となる。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
以上の説明は、ワイヤーハーネスに関するものであるが、本発明では支持部材に関しても、上述のようにワイヤーハーネスと同等に扱うようにしている。これについては、図９及び図１０を用いて説明する。
【００６６】
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ワイヤーハーネスの予測形状を計算及び出力して設計支援する、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、本発明の一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。
【００６７】
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。
【００６８】
また、記憶装置２５は、インストールされた本発明に係る配線設計支援プログラム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配線設計支援プログラム２９ａを読み込んだり、この配線設計支援プログラム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。
【００６９】
マイクロコンピュータ２１は、リードライト装置２７にて読み込まれた配線設計支援プログラム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配線設計支援プログラム２９ａを立ちあげる。そして、マイクロコンピュータ２１は、配線設計支援プログラム２９ａにしたがって、支持部材の剛性等も考慮した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。配線設計支援プログラム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、配線設計支援プログラム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。
【００７０】
続いて、図９及び図１０を用いて、本発明の一実施形態に係る処理手順について説明する。図９は、本発明の一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（Ｃ）はそれぞれ、図９の各処理過程においてワイヤーハーネスが変形する状態を示す図である。なお、ここで設計対象となるワイヤーハーネスには、図３で示した例に準じて、ワイヤーハーネスの中間部に支持部材３としてのクランプが取り付けられるものとする。クランプは、図２で例示した長孔クリップと同様、完全拘束型の支持部材である。
【００７１】
まず、図９に示すステップＳ１においては、上述した手法を用いて、図１０（Ａ）に示すように、設計対象となるワイヤーハーネスに対応する有限要素モデル１ａが作成される。詳しくは、有限要素モデル１ａは、クランプの取り付け部位に対応するクランプ部とこれ以外の部位に対応するワイヤーハーネス部（以下、Ｗ／Ｈ部とよぶ）とから構成される。クランプ部の長さは、例えば、クランプの長手方向の長さに対応させる。
【００７２】
クランプ部は、ｎ３〜ｎ７を節点とする複数の梁要素で構成され、Ｗ／Ｈ部は、ｎ０〜ｎ２及びｎ８〜ｎ１０を節点とする複数の梁要素で構成される。なお、各節点は、均等間隔で割り当てられているものとする。ステップＳ１は、請求項中の有限要素モデル作成工程及び有限要素モデル作成手段に対応する。
【００７３】
次に、ステップＳ２及びステップＳ３においてはそれぞれ、上記クランプ部及びＷ／Ｈ部のそれぞれの外形パラメータ、非外形パラメータ等が設定される。補足すると、外形パラメータとしてはクランプ部及びＷ／Ｈ部に関する長さｌ及び断面積Ａがそれぞれ設定され、非外形パラメータとしては、クランプ部及びＷ／Ｈ部に関する断面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がそれぞれ設定される。いうまでもなく、クランプ部の剛性は高く、Ｗ／Ｈ部の剛性は低くなるような各値が設定される。
【００７４】
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。
【００７５】
次に、ステップＳ４においては、有限要素モデル１ａの各節点ｎ０〜ｎ１０に対して、初期拘束条件が設定される。補足すると、初期拘束条件としては、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）や座標等が設定される。詳しくは、クランプ部に対応する各節点ｎ３〜ｎ７において、クランプ中心軸に対応する節点ｎ５の拘束条件の種類は完全拘束とし、これ以外の節点ｎ３、ｎ４、ｎ６、ｎ７の拘束条件の種類は完全自由とする。なお、クランプ中心軸は、紙面と垂直方向にのび、図中、点で表されるため、見かけ上節点ｎ５に一致する。
【００７６】
また、Ｗ／Ｈ部に対応する各節点ｎ０〜ｎ２及びｎ８〜ｎ１０において、固定点及び制御点にそれぞれ対応する節点ｎ０及びｎ１０の拘束条件の種類は完全拘束とし、これ以外の節点ｎ１、ｎ２、ｎ８、ｎ９の拘束条件の種類は完全自由とする。但し、制御点に対応する節点ｎ１０は強制変位されるものとする。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。
【００７７】
次に、ステップＳ５において、上述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（Ａ）の１ａに示すような初期形状が計算される。なお、ここでは、対象となるワイヤーハーネスの節点ｎ０−ｎ１０間が、真っ直ぐに伸ばされた状態に対応するように初期拘束条件が設定されているため、初期形状は図１０（Ａ）に有限要素モデル１ａとして示したような直線形状となっている。但し、初期形状としては別の形状になるように初期拘束条件を設定してもよい。
【００７８】
例えば、ワイヤーハーネスメーカからカーメーカへワイヤーハーネスを納入する際には、コンテナに梱包して納入されるが、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、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、より現実に即した初期形状を計算することが可能になる。
【００７９】
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く、例えば、ワイヤーハーネスの材料特性に依存する最小曲げ半径やワイヤーハーネスを組み付ける際に作業者が通常の力で曲げることができる曲げ半径等を用いてもよい。いずれにしても、対象となるワイヤーハーネス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。
【００８０】
次に、ステップＳ６において、制御点に対応する節点ｎ１０が所定位置に強制変位される。すなわち、この強制変位先に応じて、節点ｎ１０の座標が強制変位される。他の拘束条件、外形パラメータ、非外形パラメータは、ステップＳ２、ステップＳ３、ステップＳ４で設定した通りの値を採用する。
【００８１】
次に、ステップＳ７において、上述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）の１ｚに示すような予測形状が計算される。図１０（Ｂ）に示すように、クランプ部に対応する各節点ｎ３〜ｎ７間は、クランプの剛性等の物理特性により曲がりが小さく、Ｗ／Ｈ部に対応する各節点ｎ０〜ｎ２間及びｎ８〜ｎ１０間は、ワイヤーハーネスの物理特性により曲がりが大きくなっていることがわかる。ステップＳ７は、請求項中の予測形状計算工程及び予測形状計算手段に対応する。
【００８２】
次に、ステップＳ８において、上記予測形状１ｚに基づいて、クランプ部の傾きが計算される。このクランプ部の傾きは、例えば、図１０（Ｃ）のθで示すように、クランプの中心軸に対応する節点ｎ５、両端部に対応する節点ｎ３、ｎ７の座標に基づいて、クランプ部の所定の基準線Ｒに対する傾きを求めることにより計算される。クランプ部の傾きθに対応する直線Ｘは、例えば、節点ｎ５、節点ｎ３、ｎ７の座標に最小２乗法を適用することにより、求めることができる。また、基準線Ｒは、例えば、クランプ部が剛性を持たないと仮定した場合の節点ｎ３、ｎ７の座標を結んだ線とする。このような傾きθを計算することにより、支持部材の選択時等において有効な情報が提供される。したがって、ワイヤーハーネスの最適な配線設計にも有効となる。ステップＳ８は、請求項中の傾き計算工程及び傾き計算手段に対応する。
【００８３】
そして、ステップＳ９において、上述のように計算された結果が表示装置２３に出力される。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。出力イメージは、例えば、図１０（Ｂ）、図１０（Ｃ）のような予測形状１ｚにワイヤーハーネスの太さやクランプの形状を肉付けし、更に、図１０（Ｃ）に示すような傾きθを合わせて出力したものとする。また、ステップＳ４で計算された初期形状も表示装置２３に出力するようにすることが好ましい。ステップＳ９は、請求項中の結果出力工程及び結果出力手段に対応する。
【００８４】
以上のように、本発明の実施形態によれば、支持部材の剛性等も想定してワイヤーハーネスの予測形状を計算することにより、より現実に近いワイヤーハーネスの配線設計が可能になる。
【００８５】
なお、上記実施形態では、ワイヤーハーネスの中間部にクランプが取り付けられる例を示したが、ワイヤーハーネスの端部にコネクタ等の支持部材が取り付けられる場合にも（図１の２ａ〜２ｄ参照）、本発明は適用可能である。ワイヤーハーネスの端部に支持部材が取り付けられる場合には、支持部材の中心軸に対応する節点を完全拘束とはせずに、例えば、相手コネクタへの嵌合部位に対応する節点を完全拘束とすることが好ましい。
【００８６】
また、上記実施形態では、支持部材がワイヤーハーネス上にひとつだけ取り付けられる例を示したが、複数の場合も同様に計算可能である。また、支持部材はクランプに限定されるものではなく、図２に示したような種類のいずれにも適用可能である。
【００８７】
また、上記実施形態では強制変位による形状予測の計算例を示したが、所定節点に力を加えながら変形させていくときの形状予測にも適用可能である。
【００８８】
また、線条構造物として車両内に配線されるワイヤーハーネスを例示して説明したが、本発明は、このようなワイヤーハーネスのみならず、ワイヤーハーネスよりもシンプルな構造の車両外に配線されるホースやチューブ、或いは、一般電線や１本の電線等にも同様に適用可能であることはいうまでもない。すなわち、本発明の線条構造物とは、これらホース、チューブ、一般電線、１本の電線等も含むものである。また、本発明は、枝線を有するワイヤーハーネス等にも適用可能である。また、本発明は、円形断面のみならず、矩形断面、円環断面、楕円断面、Ｈ字断面等の線条構造物に対しても、同様に適用可能である。すなわち、本発明が適用される線条構造物は、円形断面に限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】対象となる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】支持部材の傾きによる予測形状の違いを説明するための図である。
【図４】図４（Ａ）は、ワイヤーハーネスの外観を示す図であり、図４（Ｂ）は、図４（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４（Ｃ）は、図４（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５】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６】図６（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】本発明の一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】本発明の一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（Ｃ）はそれぞれ、図９の各処理過程においてワイヤーハーネスが変形する状態を示す図である。
【符号の説明】
【００９０】
１  ワイヤーハーネス（線条構造物）
２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ  コネクタ
３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ  クリップ
３  支持部材
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  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】
2005294195.tif 000013
【図１０】
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