(57)【要約】【課題】振動解析用ＣＡＥモデルの作成を容易且つ高精度に行うことのできるドライブシャフトアッシーのモデル作成方法を提供する。【解決手段】ドライブシャフト１０の弾性変化分も含めたばね要素（並進ばね１３、回転ばね１４，１５）として入力側及び出力側の等速ジョイント１１，１２をモデル化して、車両に適用されるドライブシャフトアッシーの振動解析用のＣＡＥモデルを作成することとした。これにより、ドライブシャフト１０を完全剛体と見做して単純化することを可能とし、容易且つ高精度な振動解析用ＣＡＥモデルの作成を行えるようにした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
等速ジョイントを備えるドライブシャフトアッシーの振動解析用のＣＡＥモデルを作成する方法であって、
ドライブシャフトの弾性変化分も含めたばね要素として前記等速ジョイントをモデル化する
ことを特徴とするドライブシャフトアッシーのモデル作成方法。
【請求項２】
前記ドライブシャフトに設置される前後２つの等速ジョイントのうちの一方を、前記ドライブシャフトの軸方向の並進ばねと同ドライブシャフトの軸直方向周りの回転ばねとでモデル化し、もう一方を前記軸直方向周りの回転ばねでモデル化する
請求項１に記載のドライブシャフトアッシーのモデル作成方法。
【請求項３】
前記ドライブシャフトアッシーの実機を用いた加振試験の結果から、前記ばね要素のばね定数を算出する
請求項１又は２に記載のドライブシャフトアッシーのモデル作成方法。
【請求項４】
前記ドライブシャフトアッシーの実機を用いた加振試験を行って、該ドライブシャフトアッシー全体の軸方向、及び軸直方向のばね定数を算出し、その算出結果と当該ドライブシャフトアッシーの設計諸元値とから前記並進ばね及び前記回転ばねの各ばね定数を求める
請求項２に記載のドライブシャフトアッシーのモデル作成方法。
【請求項５】
前記設計諸元値として、前記ドライブシャフトの長さ、重量、及び慣性モーメントと、前記２つの等速ジョイントの片持ち剛性とを用いる
請求項４に記載のドライブシャフトアッシーのモデル作成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動解析用のＣＡＥモデルを作成するためのドライブシャフトアッシーのモデル作成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、車両の設計段階において、車両全体のＣＡＥ（Computer Aided Engineering）モデルを用いた有限要素解析を用いて車両の振動や騒音の発生状況を評価することがなされている。こうした手法によれば、実機実験の回数を大幅に削減して、設計の期間や工数を低減することができる。車両全体のＣＡＥモデルは、エンジンや変速機、サスペンションといったコンポーネント毎にＣＡＥモデルをそれぞれ個別に作成し、それら各コンポーネントのＣＡＥモデルを統合することで作成されている。
【０００３】
さてエンジンからサスペンションに伝達される振動の解析を行う場合、エンジンの動力を駆動輪に伝達するドライブシャフトのモデル化が必要となる。周知のように、ドライブシャフトには、サスペンションによる駆動輪の上下動を許容するための等速ジョイントが設置されており、ドライブシャフトのモデル化は、こうした等速ジョイントも含めたドライブシャフトアッシー全体について行う必要がある。
【特許文献１】特開平９−１８９６０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで従来の等速ジョイントのＣＡＥモデルは、当該ジョイントの各構成部品に作用する力を解析するように作成されている。そのため、ＣＡＥモデルを作成するには、等速ジョイントの内部構造を詳細に作成するとともに、各構成部品間の隙間や摩擦、接触を定義する必要があり、その作成は工数が多大で難易度の高いものとなっている。
【０００５】
なお特許文献１には、軸受や減速機を６自由度のばね要素としてモデル化することで、機械構造物の固有振動を、容易且つ十分な精度で求められるようにすることが記載されている。そこで、これを応用して、ドライブシャフトの等速ジョイントを同様の６自由度のばね要素としてモデル化することも考えられる。しかしながら、そうした場合、モデルにおける各ばねの取り付け位置やばね定数、ねじり剛性等の物性値を如何に適切に定義するかが問題となり、高精度のＣＡＥモデルの作成は困難となってしまう。またモデルには、ドライブシャフト自体の弾性変化も考慮しなければならず、結局、作成されるモデルは複雑なものとなってしまう。
【０００６】
本発明は、こうした実状に鑑みてなされたものであって、その解決しようとする課題は、振動解析用ＣＡＥモデルの作成を容易且つ高精度に行うことのできるドライブシャフトアッシーのモデル作成方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果を記載する。
請求項１に記載の発明は、等速ジョイントを備えるドライブシャフトアッシーの振動解析用のＣＡＥモデルを作成する方法であって、前記ドライブシャフトの弾性変化分も含めたばね要素として前記等速ジョイントをモデル化することをその要旨とするものである。
【０００８】
上記構成では、ドライブシャフトの弾性変化分も含めたばね要素として定義して、等速ジョイントをモデル化するようにしている。この場合、ドライブシャフトそのものは、完全剛体と見做すことができる。そのため、モデルを単純化することができるようになり、ドライブシャフトアッシーの振動解析用ＣＡＥモデルの作成を容易且つ高精度に行うことができるようになる。
【０００９】
なおこうしたドライブシャフトアッシーのモデル化は、最も簡単には、請求項２のように、ドライブシャフトアッシーに設置される前後２つの等速ジョイントのうちの一方を、ドライブシャフトの軸方向の並進ばねと同ドライブシャフトの軸直方向周りの回転ばねとでモデル化し、もう一方をドライブシャフトの軸直方向周りの回転ばねでモデル化する、といった態様で行うことができる。
【００１０】
また上記モデルにおけるばね要素のばね定数は、請求項３に記載のように、ドライブシャフトアッシーの実機を用いた加振試験の結果から容易に算出することができる。例えば請求項２に記載の態様でモデル化を図る場合には、請求項４に記載のように、ドライブシャフトアッシーの実機を用いた加振試験を行って、該ドライブシャフトアッシー全体の軸方向、及び軸直方向のばね定数を算出し、その結果と当該ドライブシャフトアッシーの設計諸元値とから上記並進ばね及び回転ばねの各ばね定数を容易に求めることができる。なお請求項５に記載のように、ドライブシャフトアッシーの設計諸元値として、ドライブシャフトの長さ、重量及び慣性モーメントと、上記２つの等速ジョイントの片持ち剛性とを用いることで、上記ばね定数の算出を高精度に行うことができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明のドライブシャフトアッシーのモデル作成方法を具体化した一実施形態を、図１〜図３を参照して詳細に説明する。本実施形態では、ドライブシャフトの弾性変化分も含めたばね要素として等速ジョイントをモデル化して、モデルを単純化することで、振動解析用ＣＡＥモデルの作成を容易且つ高精度に行うことができるようにしている。
【００１２】
図１に、本実施形態のモデル作成方法にて作成されるドライブシャフトアッシーの振動解析用ＣＡＥモデルを示す。ここでモデル化の対象となったドライブシャフトアッシーは、そのドライブシャフト１０のエンジン側の端部に入力側の等速ジョイント１１が、そのサスペンション側の端部に出力側の等速ジョイント１２がそれぞれ設置された構成となっている。同図に示すように、このモデルでは、ドライブシャフト１０のエンジン側端部に設置される入力側の等速ジョイント１１を、ドライブシャフト１０の軸方向の並進ばね１３と同ドライブシャフト１０の軸直方向周りの回転ばね１４と見做すようにしている。またドライブシャフト１０のサスペンション側端部に設置される出力側の等速ジョイント１２を、ドライブシャフト１０の軸直方向周りの回転ばね１５と見做すようにしている。さらにこのモデルでは、ドライブシャフト１０そのものの弾性変化分は、上記各ばね要素（並進ばね１３、回転ばね１４，１５）に含まれるものと考えるようにしている。すなわち、このモデルでは、ドライブシャフト１０は、完全な剛体であると見做されるようになっている。
【００１３】
さて、こうしたＣＡＥモデルを振動解析に利用するには、上記各ばね要素のばね定数を求める必要がある。本実施形態のモデル作成方法では、それらのばね定数を、ドライブシャフトアッシーの実機を用いた加振試験の結果に基づいて算出するようにしている。より詳しくは、加振試験を行ってドライブシャフトアッシーの軸方向及び軸直方向のばね定数Ｋ* を算出するとともに、その算出結果とドライブシャフトアッシーの設計諸元値とから、上記各ばね要素のばね定数を算出するようにしている。
【００１４】
図２は、ドライブシャフトアッシーの実機を用いた上記加振試験の実施態様を示している。この加振試験は、各等速ジョイント１１，１２でのシャフトの折れ角を既定の試験角θに設定した状態で、ドライブシャフトアッシーのエンジン側端部より捻りトルクを印加しながら行われる。そしてドライブシャフトアッシーのエンジン側端部（加振部）より、軸方向、或いは軸直方向の振動を入力するとともに、ドライブシャフトアッシーのサスペンション側端部（応答部）における振動の伝達態様を６分力計２０にて測定することで、加振試験が行われるようになっている。
【００１５】
図３は、こうした加振試験における振動伝達特性の測定結果の一例を示している。同図では、加振試験によって求められた、軸方向及び軸直方向のそれぞれにおけるドラブシャフトアッシーのばね定数Ｋ* とトルクとの関係が示されている。上記モデルでの並進ばね１３のばね定数は、ここでの軸方向におけるドライブシャフトアッシーのばね定数Ｋ* とトルクとの関係より求めることができる。
【００１６】
一方、上記モデルにおける回転ばね１４，１５のばね定数Ｋは、以下の関係式（１）、（２）を解くことで求めることができる。
【００１７】
【数１】
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上式（１）、（２）において、ドライブシャフト１０の長さＬ、重量Ｍ、慣性モーメントＪ、及び入力側及び出力側の等速ジョイント１１，１２の片持ち剛性ｋ1 ，ｋ2 は、ドライブシャフトアッシーの設計諸元値である。回転ばね１４，１５のばね定数Ｋは、上式（１）、（２）をそのばね定数Ｋについて解くことで求めることができる。
【００１８】
以上により、入力側及び出力側の等速ジョイント１１，１２を並進ばね１３及び回転ばね１４，１５からなるばね要素としてモデル化したドライブシャフトアッシーの振動解析用ＣＡＥモデルを作成することができる。こうして作成されたＣＡＥモデルは、エンジンやサスペンションといった他の車両コンポーネントのＣＡＥモデルと合わせて車両の振動や騒音の発生状況の評価に使用される。
【００１９】
以上説明した本実施形態では、ドライブシャフト１０の弾性変化分も含めたばね要素として入力側及び出力側の等速ジョイント１１，１２をモデル化して、ドライブシャフトアッシーの振動解析用ＣＡＥモデルを作成ようにしている。より詳しくは、ドライブシャフト１０の軸方向の並進ばね１３と同ドライブシャフト１０の軸直方向周りの回転ばね１４とで入力側の等速ジョイント１１をモデル化し、ドライブシャフト１０の軸直方向周りの回転ばね１５で出力側の等速ジョイント１２をモデル化するようにしている。そして実機を用いた加振試験を行って、ドライブシャフトアッシー全体の軸方向、及び軸直方向のばね定数Ｋ* を算出し、その結果と当該ドライブシャフトアッシーの設計諸元値であるドライブシャフト１０の長さＬ、重量Ｍ、慣性モーメントＪ、及び入力側及び出力側の等速ジョイント１１，１２の片持ち剛性ｋ1 ，ｋ2 とから、上記並進ばね１３及び回転ばね１４，１５のばね定数を求めるようにしている。この場合、ドライブシャフト１０そのものは、完全剛体と見做すことができ、モデルが単純化されるようになる。そのため、本実施形態のドライブシャフトアッシーのモデル作成方法によれば、振動解析用ＣＡＥモデルの作成を容易且つ高精度に行うことができる。
【００２０】
なお上記実施形態は、以下のように変更して実施することもできる。
・上記実施形態では、入力側の等速ジョイント１１を並進ばね１３と回転ばね１４とからなるものとしてモデル化し、出力側の等速ジョイント１２を回転ばね１５としてモデル化するようにしていたが、並進ばね要素を出力側の等速ジョイント１２の側に持たせるようにモデル作成を行うこともできる。すなわち、入力側の等速ジョイント１１を回転ばねとしてモデル化し、出力側の等速ジョイント１２を並進ばねと回転ばね１５とからなるものとしてモデル化するようにすることもできる。また入力側、出力側の等速ジョイント１１，１２の双方に並進ばね要素を持たせるようにモデルを作成するようにしても良い。
【００２１】
・ＣＡＥモデルにおける各ばね要素のばね定数の算出は、上記実施形態で示したもの以外の態様で行うようにしても良い。例えば、上式（１）、（２）以外に適切な関係式があるのであれば、その関係式を用いて、各ばね要素のばね定数の算出を行うようにするようにしても良い。いずれにせよ、ドライブシャフト１０の弾性変化分も含めたばね要素として等速ジョイント１１，１２をモデル化して、ドライブシャフトアッシーの振動解析用ＣＡＥモデルを作成すれば、ドライブシャフト１０を完全剛体と見做して単純化することが可能となり、振動解析用ＣＡＥモデルの作成を容易且つ高精度に行うことができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施形態についてそのモデル作成方法にて作成されるドライブシャフトアッシーの振動解析用ＣＡＥモデルの構成を模式的に示す略図。
【図２】同実施形態で作成されるＣＡＥモデルについてそのばね要素のばね定数を算出するために行われる加振試験の態様を示す略図。
【図３】同加振試験によるドライブシャフトアッシーの伝達特性の測定結果の一例を示すグラフ。
【符号の説明】
【００２３】
１０…ドライブシャフト、１１…入力側の等速ジョイント、１２…出力側の等速ジョイント、１３…並進ばね（入力側の等速ジョイント）、１４…回転ばね（入力側の等速ジョイント）、１５…回転ばね（出力側の等速ジョイント）、２０…６分力計。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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