JP4141353B2 - 車両衝突シミュレーションプログラムと装置 - Google Patents
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Description
この車両衝突シミュレーションプログラムでは、ダミー・スレッド試験に用いられているような車体とダミーとシートベルトといったダミーを車体シートに拘束する拘束体とをバネ特性を使って比較的単純な力学モデルとしてモデル化し、このモデルの運動方程式をラグランジュ方程式の形に置換するとともに、ダミー・スレッド試験を通じて同定された前記力学モデルのバネ特性と車両モデルの衝突減速特性を与えて解いて、車両衝突時のダミーの挙動を求める。ここで用いられているモデルは単純な力学モデルであるので、人体を有限要素に分割して大規模な計算によって車両衝突のシミュレーションを行うような技術に比べ、小規模なコンピュータシステムであっても迅速に演算結果が得られる。さらに、力学モデルの運動方程式を解法するにあたり、この運動方程式をラグランジュ方程式の形に置換することで、つまりこの力学モデルに働く力を考える代わりにポテンシャルエネルギを考えることで、より簡単かつ高速な演算を実現している。また、単なるダミー・スレッド試験ではなく、ダミーやその拘束体を実験的に検証されたやり方でモデル化されているので、得られた演算結果から、ダミーの衝突時の減速度や移動距離を分力計や加速度センサなしで得ることができる。従って、車体の寸法等が正確に決定されていない段階においても、種々の値でシミュレーションを反復させて有用な設計情報を得ることができる。
を付与して構成された車両の力学モデルと前記車両のシートに載せられる、頭部、胴体、下半身の3質点でそれらの連結点にバネ特性を付与して構成されたダミーの力学モデルと、前記ダミーを前記シートに拘束する腰ベルトと肩ベルトにバネ特性を付与するとともに下半身が車両構成部材から受ける力をバネ特性で表すことで構成される拘束体の力学モデルとを作成するモデル化部と、前記力学モデルをラグランジュ方程式の形で数式化する数式化部と、ダミー・スレッド試験を通じて同定された前記力学モデルのバネ特性を前記ラグランジュ方程式に代入するとともに前記車両モデルに衝突減速特性を付与するシミュレーション条件設定部と、前記シミュレーション条件設定部によって設定された条件により車両衝突時のダミーの挙動を演算するソルバー部と、前記演算結果からダミー構成要素の減速度特性図および移動量線図の少なくとも一方を出力する出力部と、から構成されている。当然ながら、この車両衝突シミュレーション装置も上述した車両衝突シミュレーションプログラムにおいて説明された作用効果が得られる。
本発明によるその他の特徴及び利点は、以下図面を用いた実施形態の説明により明らかになるだろう。
図2に、前部衝突を想定した車両とダミーと拘束体(シートベルトやトーボードなど)の力学モデルが示されている。車両モデル1は、1質点で質量をMとし,その前部の衝撃吸収特性をkbと設定し、また、ダミーモデルは頭部モデル2、胴体モデル3,下半身モデル4の3質点で構成され、それぞれの質量をmh、mu、mlとしている。このうち,頭部及び胴体は回転運動を考慮してそれぞれの重心周りの慣性モーメントをIh、Icとしている。頭部と胴体のジョイント部には首部の曲げ特性として回転バネ2a(バネ特性:kh)が、胴体と下半身のジョイント部には腰部曲げ特性として回転バネ2b(バネ特性:kr)が配置されている。下半身モデル4である脚が車両に設けられたトーボードに接触した際に受ける力をバネ7(バネ特性:kf)に置き換え、シートから受ける水平方向の反力をバネ8バネ(特性:kd)に置き換えている。シートベルトは、3 点式ベルトとして、モデル化にあたって半身に取り付けられている腰ベルトモデル5(バネ係数:kl)と胴体の上端に取り付けられている肩ベルトモデル6(バネ係数:ks)に分けられている。このようなモデル化の設定はモデル化部20で直接行われるか、あるいは別の場所で行われたモデル化データがモデル化部20にロードされる。
車両モデル1と下半身モデル4の水平方向の位置をそれぞれxM、xmとし、胴体モデル3と頭部モデル2の回転角をそれぞれθc 、θh 、胴体モデル3の長さをlcs,胴体下端のジョイント部からその重心までの距離をlc、頭部下端のジョイント部と頭部重心との距離をlhとすると、胴体モデル3の位置(xc,yc)は,
上述した運動方程式は数式化部30で設定される。
図2で示された、頭部モデル2と胴体モデル3と下半身モデル4からなるダミーモデルを用いた、初期設計段階で重要な評価指標となる胸部減速度のシミュレーションには,頭部モデル2や下半身モデル4のジョイント部のバネ特性が大きく影響を与えるため,まずこれらの特性について説明する。頭部モデル2と胴体モデル3とのジョイント部である首部の曲げ特性は,前傾する向きに荷重が生じた時,図3に示されている首部曲げモーメント−頭部回転角度線図の斜線部の領域に入ることが知られているので,今回の力学モデルでは図中の実線で示すようにモーメントを設定し,下記の式(8)よりkhを決定する。
トと腰椎角
度との関係がほぼ線形であることがわかったので,ここでは式(8)と同様の算出方法により,kr=4850N/radとする。
2:頭部モデル
3:胴部モデル
4:下半身モデル
5:腰ベルトモデル
6:肩ベルトモデル
7:脚が車両に設けられたトーボードに接触した際に受ける力を表すバネ
8:シートから受ける水平方向の反力を表すバネ
20:モデル化部
30:数式化部
40:条件設定部
50:ソルバー部
60:出力部
Claims (2)
- 1質点で衝突部に衝撃吸収特性を付与して構成された車両の力学モデルと、前記車両のシートに載せられる、頭部、胴体、下半身の3質点でそれらの連結点にバネ特性を付与して構成されたダミーの力学モデルと、前記ダミーを前記シートに拘束する腰ベルトと肩ベルトにバネ特性を付与するとともに下半身が車両構成部材から受ける力をバネ特性で表すことで構成される拘束体の力学モデルとを数式化することで得られる運動方程式をラグランジュ方程式の形に置換する機能と、前記ラグランジュ方程式にダミー・スレッド試験を通じて同定された前記力学モデルのバネ特性を代入する機能と、前記車両モデルに衝突減速特性を付与する機能と、前記衝突減速特性に基づく車両衝突時のダミーの挙動を演算する機能と、前記演算結果からダミー構成要素の減速度特性図および移動量線図の少なくとも一方を出力する機能と、をコンピュータに実行させることを特徴とする車両衝突シミュレーションプログラム。
- 1質点で衝突部に衝撃吸収特性を付与して構成された車両の力学モデルと、前記車両のシートに載せられる、頭部、胴体、下半身の3質点でそれらの連結点にバネ特性を付与して構成されたダミーの力学モデルと、前記ダミーを前記シートに拘束する腰ベルトと肩ベルトにバネ特性を付与するとともに下半身が車両構成部材から受ける力をバネ特性で表す
ことで構成される拘束体の力学モデルとを作成するモデル化部と、前記力学モデルをラグランジュ方程式の形で数式化する数式化部と、ダミー・スレッド試験を通じて同定された前記力学モデルのバネ特性を前記ラグランジュ方程式に代入するとともに前記車両モデルに衝突減速特性を付与するシミュレーション条件設定部と、前記シミュレーション条件設定部によって設定された条件により車両衝突時のダミーの挙動を演算するソルバー部と、前記演算結果からダミー構成要素の減速度特性図および移動量線図の少なくとも一方を出力する出力部と、が備えられていることを特徴とする車両衝突シミュレーション装置。
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