JP4600911B2 - Wiring design support method, apparatus and program for wire-like structure - Google Patents
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本発明は、複数の線条材から構成されるワイヤー様構造物の配線設計支援方法、その装置及びそのプログラムに関し、特に、ワイヤー様構造物として車両に配線されるワイヤーハーネスの最適な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。 The present invention relates to a wiring design support method for a wire-like structure composed of a plurality of wire rods, an apparatus for the same, and a program therefor, and in particular, an optimal wiring design for a wire harness wired to a vehicle as a wire-like structure. The present invention relates to a supporting method, an apparatus thereof, and a program thereof.
近年、車両等においては多種多様の電装品が搭載されるようになっており、それらは、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。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、剛性等も様々である。そして、従来、このようなワイヤーハーネスの配線設計は、主として、設計者の勘と経験によって行われることが多かった。
2. Description of the Related Art In recent years, various types of electrical components have been mounted on vehicles and the like, and as the above-mentioned wire material, a plurality of electric wires and communication lines are bundled by a binding member such as an insulation lock or a protective member such as a tape. Connected by a so-called wire harness. As shown in FIG. 1, the
ここで、本明細書中で引用する文献を以下に示す。
ところが、ワイヤーハーネスには各部に曲げやねじりに対する剛性等があるため最適な設計を行うことは容易ではなく、特に、上記のようにして設計されたワイヤーハーネスにおいては、作業者が配線時にコネクタやクリップを定められた固定点に取り付けるために無理な力を強いられたり、無理な取り付けにより、配線完了後にコネクタやクリップが離脱したり、破損したりすることもあった。したがって、最適なワイヤーハーネスの配線を設計するためには高度な熟練が求められたり、試行錯誤により多大な時間を浪費することになっていた。 However, it is not easy to optimally design the wire harness because each part has rigidity against bending and torsion. In particular, in the case of the wire harness designed as described above, the operator cannot connect the connector or the In some cases, an excessive force was applied to attach the clip to a fixed point, and the connector or the clip could be detached or damaged after the wiring was completed due to the unreasonable attachment. Therefore, in order to design the optimal wiring of the wiring harness, a high level of skill is required or a great deal of time is wasted due to trial and error.
よって本発明は、上述した現状に鑑み、ワイヤー様構造物を弾性体及び弾塑性体とみなして有限要素法を適用することにより、合理的な経路設計や作業手順の立案、並びに拘束部材の最適配置や耐久性の検討を、設計者の熟練度に依存することなく、容易かつ正確に行えるように支援する方法及び装置を提供することを課題としている。 Therefore, in view of the present situation described above, the present invention considers the wire-like structure as an elastic body and an elastic-plastic body, and applies the finite element method, so that a rational route design and a work procedure can be established, and an optimal constraint member can be used. It is an object of the present invention to provide a method and an apparatus for assisting so that placement and durability can be easily and accurately examined without depending on the skill level of a designer.
上記課題を解決するためになされた請求項１記載のワイヤー様構造物の配線設計支援方法は、算出手段と、出力手段と、を備えたコンピュータを用いて、複数本の線条材に存在する分岐点を中心に前記分岐点から前記各線条材の端部までの各支線が、太さ、長さ、弾性、及び、剛性が互いに異なり得るもので構成された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て求めた初期形状に対して、有限要素法を利用して、前記初期形状に拘束部材が取り付けられ得る位置として割り当てられた節点に所定の力を加えながら所定条件を満たすように変位させた際に発生する現象を算出して出力することによるワイヤー様構造物の配線設計支援方法であって、前記算出手段によって、前記所定条件としての前記ワイヤー様構造物の形状特性、及び、材料特性、前記節点における拘束条件、並びに、前記加える力に関する情報を有限要素法に適用して、前記ワイヤー様構造物の予測形状を算出すると共に、前記ワイヤー様構造物における前記拘束部材の配置、及び／又は、耐久性の検討を行うために、前記力を加えながら前記ワイヤー様構造物を変位させた際に前記ワイヤー様構造物に発生する歪み及び応力を算出し、そして、前記算出結果を前記出力手段によって出力することを特徴とする。
The wiring design support method for a wire-like structure according to
また、上記課題を解決するためになされた請求項２記載のワイヤー様構造物の配線設計支援方法は、請求項１記載のワイヤー様構造物の配線設計支援方法において、前記歪み及び応力をそれらの値に応じて多色表示する、ことを特徴とする。
Further, a wiring design support method for a wire-like structure according to
また、上記課題を解決するためになされた請求項３記載のワイヤー様構造物の配線設計支援方法は、請求項１記載のワイヤー様構造物の配線設計支援方法において、前記歪み及び応力に替えて、前記力を加えながら前記ワイヤー様構造物を変位させた際に、前記ワイヤー様構造物における前記節点のうち前記拘束部材が取り付けられる位置に相当する拘束点に発生する反力及びモーメントを算出し、その算出結果を前記予測形状と共に出力することを特徴とする。
Further, a wiring design support method for a wire-like structure according to
また、上記課題を解決するためになされた請求項４記載のワイヤー様構造物の配線設計支援方法は、請求項３記載のワイヤー様構造物の配線設計支援方法において、前記反力及びモーメントを矢印にて表示する、ことを特徴とする。
Further, the wiring design support method for a wire-like structure according to
また、上記課題を解決するためになされた請求項５記載のワイヤー様構造物の配線設計支援方法は、請求項１記載のワイヤー様構造物の配線設計支援方法において、前記歪み及び応力と共に、前記力を加えながら前記ワイヤー様構造物を変位させた際に前記ワイヤー様構造物における前記節点のうち前記拘束部材が取り付けられる位置に相当する拘束点に発生する反力及びモーメントも算出して、それらの算出結果を前記予測形状と共に出力することを特徴とする。
The wiring design support method of the wire-like structure according to
また、上記課題を解決するためになされた請求項６記載のワイヤー様構造物の配線設計支援方法は、請求項１〜５のいずれか一項に記載のワイヤー様構造物の配線設計支援方法において、前記ワイヤー様構造物を、車両に配線されるワイヤーハーネスとし、前記拘束条件に関する情報を、前記複数の梁要素の各頂点の座標及び前記各頂点における自由度とし、前記形状特性に関する情報を、前記ワイヤー様構造物の梁要素の断面積及び長さとし、前記材料特性に関する情報を、前記梁要素の断面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、そして、前記加える力に関する情報を、前記力の大きさ、及び、向きとすることを特徴とする。
Moreover, the wiring design support method of the wire-like structure according to
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配線設計支援装置は、複数本の線条材に存在する分岐点を中心に前記分岐点から前記各線条材の端部までの各支線が、太さ、長さ、弾性、及び、剛性が互いに異なり得るもので構成された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て求めた初期形状に対して、有限要素法を利用して、前記初期形状に拘束部材が取り付けられ得る位置として割り当てられた節点に所定の力を加えながら所定条件を満たすように変位させた際に発生する現象を算出して出力することにより、前記ワイヤー様構造物の配線設計を支援する装置であって、前記所定条件としての前記ワイヤー様構造物の形状特性、及び、材料特性、前記節点における拘束条件、並びに、前記加える力に関する情報を有限要素法に適用して、前記ワイヤー様構造物の予測形状を算出すると共に、前記ワイヤー様構造物における前記拘束部材の配置、及び／又は、耐久性の検討を行うために、前記力を加えながら前記ワイヤー様構造物を変位させた際に前記ワイヤー様構造物に発生する歪み及び応力を算出する算出手段と、前記算出手段にて算出された前記予測形状、及び、前記歪み及び応力を出力する出力手段と、を含むことを特徴とする。
Moreover, the wiring design support device for a wire-like structure according to
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配線設計支援装置は、数本の線条材に存在する分岐点を中心に前記分岐点から前記各線条材の端部までの各支線が、太さ、長さ、弾性、及び、剛性が互いに異なり得るもので構成された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て求めた初期形状に対して、有限要素法を利用して、前記初期形状に拘束部材が取り付けられ得る位置として割り当てられた節点に所定の力を加えながら所定条件を満たすように変位させた際に発生する現象を算出して出力することにより、前記ワイヤー様構造物の配線設計を支援する装置であって、前記所定条件としての前記ワイヤー様構造物の形状特性、及び、材料特性、前記節点における拘束条件、並びに、前記加える力に関する情報を有限要素法に適用して、前記ワイヤー様構造物の予測形状を算出すると共に、前記ワイヤー様構造物における前記拘束部材の配置、及び／又は、耐久性の検討を行うために、前記力を加えながら前記ワイヤー様構造物を変位させた際に前記ワイヤー様構造物における前記節点のうち前記拘束部材が取り付けられる位置に相当する拘束点に発生する反力及びモーメントを算出する算出手段と、前記算出手段にて算出された前記予測形状、並びに、前記反力及びモーメントを出力する出力手段と、を含むことを特徴とする。
Moreover, the wiring design support device for a wire-like structure according to
また、上記課題を解決するためになされた請求項９記載のワイヤー様構造物の配線設計支援プログラムは、複数本の線条材に存在する分岐点を中心に前記分岐点から前記各線条材の端部までの各支線が、太さ、長さ、弾性、及び、剛性が互いに異なり得るもので構成された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て求めた初期形状に対して、有限要素法を利用して、前記初期形状に拘束部材が取り付けられ得る位置として割り当てられた節点に所定の力を加えながら所定条件を満たすように変位させた際に発生する現象を算出して出力することにより、前記ワイヤー様構造物の配線設計を支援するために、コンピュータを、前記所定条件としての前記ワイヤー様構造物の形状特性、及び、材料特性、前記節点における拘束条件、並びに、前記加える力に関する情報を有限要素法に適用して、前記ワイヤー様構造物の予測形状を算出すると共に、前記ワイヤー様構造物における前記拘束部材の配置、及び／又は、耐久性の検討を行うために、前記力を加えながら前記ワイヤー様構造物を変位させた際に前記ワイヤー様構造物に発生する歪み及び応力を算出する算出手段、及び、前記算出手段にて算出された前記予測形状、及び、前記歪み及び応力を出力する出力手段として機能させることを特徴とする。 The wiring design support program for a wire-like structure according to claim 9, which has been made to solve the above-described problem, is characterized in that each of the wire rods from the branch point centering on a branch point existing in a plurality of wire rods. Each branch line to the end is composed of a wire-like structure composed of things that can differ in thickness, length, elasticity, and rigidity, and multiple beam elements that maintain linearity in a circular cross section are combined. Using the finite element method for the initial shape determined to be regarded as an elastic body, a predetermined condition is applied while applying a predetermined force to a node assigned as a position where a restraining member can be attached to the initial shape. In order to support the wiring design of the wire-like structure by calculating and outputting the phenomenon that occurs when the wire-like structure is displaced, the computer has a shape characteristic of the wire-like structure as the predetermined condition, and , Applying information on the material characteristics, the constraint condition at the node, and the applied force to the finite element method to calculate the predicted shape of the wire-like structure, and the arrangement of the constraint member in the wire-like structure, And / or calculation means for calculating strain and stress generated in the wire-like structure when the wire-like structure is displaced while applying the force in order to examine durability, and the calculation It functions as an output means for outputting the predicted shape calculated by the means, and the strain and stress .
また、上記課題を解決するためになされた請求項１０記載のワイヤー様構造物の配線設計支援プログラムは、数本の線条材に存在する分岐点を中心に前記分岐点から前記各線条材の端部までの各支線が、太さ、長さ、弾性、及び、剛性が互いに異なり得るもので構成された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て求めた初期形状に対して、有限要素法を利用して、前記初期形状に拘束部材が取り付けられ得る位置として割り当てられた節点に所定の力を加えながら所定条件を満たすように変位させた際に発生する現象を算出して出力することにより、前記ワイヤー様構造物の配線設計を支援するために、コンピュータを、前記所定条件としての前記ワイヤー様構造物の形状特性、及び、材料特性、前記節点における拘束条件、並びに、前記加える力に関する情報を有限要素法に適用して、前記ワイヤー様構造物の予測形状を算出すると共に、前記ワイヤー様構造物における前記拘束部材の配置、及び／又は、耐久性の検討を行うために、前記力を加えながら前記ワイヤー様構造物を変位させた際に前記ワイヤー様構造物における前記節点のうち前記拘束部材が取り付けられる位置に相当する拘束点に発生する反力及びモーメントを算出する算出手段、及び、前記算出手段にて算出された前記予測形状、並びに、前記反力及びモーメントを出力する出力手段として機能させることを特徴とする。
The wiring design support program for a wire-like structure according to
請求項１、請求項７、及び、請求項９記載の発明によれば、有限要素法にワイヤー様構造物の形状特性、及び、材料特性、節点における拘束条件、並びに、加える力（大きさ及び向き）に関する情報を与えて、ワイヤー様構造物の予測形状、並びに、ワイヤー様構造物に発生する歪み及び応力を算出して、これら算出結果を出力する。
また、請求項２記載の発明によれば、歪みや応力がそれらの値に応じて多色表示される。 According to the second aspect of the present invention, distortion and stress are displayed in multiple colors according to their values.
また、請求項３、請求項８及び請求項１０記載の発明によれば、有限要素法にワイヤー様構造物の形状特性、材料特性及び拘束条件、並びに、力の大きさ及び向きに関する情報を与えて、ワイヤー様構造物の予測形状、並びに、ワイヤー様構造物に発生する反力及びモーメントを算出して、これら算出結果を出力する。
Further, according to the inventions of
また、請求項４記載の発明によれば、反力やモーメントが矢印にて表示される。 According to the fourth aspect of the present invention, the reaction force and moment are displayed by arrows.
また、請求項５記載の発明によれば、有限要素法を用いて、歪み及び応力と共に、ワイヤー様構造物の拘束点に発生する反力及びモーメントも算出して、それらの算出結果を予測形状と共に出力する。
Further, according to the invention described in
また、請求項６記載の発明によれば、拘束条件に関する情報は、複数の節点の座標及び各節点における拘束自由度とし、形状特性に関する情報は、複数の梁要素それぞれの断面積及び長さとし、材料特性に関する情報は、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、そして、前記加える力に関する情報は、前記力の大きさ、及び、向きとしている。
According to the invention described in
請求項１、請求項７及び請求項９記載の発明によれば、有限要素法にワイヤー様構造物の形状特性、材料特性及び拘束条件、並びに、加える力の大きさ及び向きに関する情報を与えて、ワイヤー様構造物の予測形状、並びに、ワイヤー様構造物に発生する歪み及び応力を算出して、これら算出結果を出力する。このように、有限要素法を用いることにより、力を加えながらワイヤー様構造物を変位させた際に発生する歪みや応力を正確に予知できる。 According to the first, seventh and ninth aspects of the present invention, the finite element method is provided with information on the shape characteristics, material characteristics and restraint conditions of the wire-like structure, and the magnitude and direction of the applied force. The predicted shape of the wire-like structure and the strain and stress generated in the wire-like structure are calculated, and these calculation results are output. In this way, by using the finite element method, it is possible to accurately predict the strain and stress generated when the wire-like structure is displaced while applying a force.
また、請求項２記載の発明によれば、歪みや応力がそれらの値に応じて多色表示されるので、容易かつ直感的にワイヤー様構造物上の歪みや応力を認識できる。 In addition, according to the second aspect of the present invention, since distortion and stress are displayed in multiple colors according to their values, the distortion and stress on the wire-like structure can be easily and intuitively recognized.
また、請求項３、請求項８及び請求項１０記載の発明によれば、有限要素法にワイヤー様構造物の形状特性、材料特性及び拘束条件、並びに、力の大きさ及び向きに関する情報を与えて、ワイヤー様構造物の予測形状、並びに、ワイヤー様構造物に発生する反力及びモーメントを算出して、これら算出結果を出力する。このように、有限要素法を用いることにより、力を加えながらワイヤー様構造物を変位させた際に発生するワイヤー様構造物の拘束点に発生する反力やモーメントを正確に予知できる。
Further, according to the inventions of
また、請求項４記載の発明によれば、反力やモーメントが矢印にて表示されるので、容易かつ直感的にワイヤー様構造物上の拘束点に発生する反力やモーメントを認識できる。 According to the fourth aspect of the present invention, since the reaction force and moment are displayed by arrows, the reaction force and moment generated at the restraint point on the wire-like structure can be recognized easily and intuitively.
また、請求項５記載の発明によれば、有限要素法を用いて、歪み及び応力と共に、ワイヤー様構造物の拘束点に発生する反力及びモーメントも算出して、それらの算出結果を予測形状と共に出力するので、力を加えながらワイヤー様構造物を変位させた際のワイヤー様構造物への影響を正確に把握できる。
Further, according to the invention described in
また、請求項６記載の発明によれば、拘束条件に関する情報を、前記複数の梁要素の各頂点の座標及び前記各頂点における自由度とし、形状特性に関する情報を、前記ワイヤー様構造物の梁要素の断面積及び長さとし、材料特性に関する情報を、前記梁要素の断面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、そして、前記加える力に関する情報を、前記力の大きさ、及び、向きとし、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の検討が可能になる。
According to the invention of
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。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. First, the overall shape of a wire harness as a wire-like structure to be designed and a typical support member will be described with reference to FIGS. 1 and 2. FIG. 1 is a diagram schematically showing the overall shape of a wire harness to be designed in an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a diagram illustrating a relationship between a typical support member that supports the wire harness and a degree of freedom of restraint. As will be described later, the present embodiment supports the design by outputting a predicted shape by simulation for a wire harness as shown here.
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。
The
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。
Each of the
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。 Here, the clip will be described. The clip basically includes a long hole clip and a round hole clip. The round hole clip is also called a rotary clip, and is composed of a pedestal portion that holds the wire harness and a support leg that is inserted into a round hole-shaped attachment hole provided in a stay or the like. The round hole clip is rotatable around the Z axis (perpendicular to the attachment site).
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。 On the other hand, the long hole clip is also called a fixed clip, and is composed of a pedestal portion that holds the wire harness and a support leg that is inserted into a long hole-shaped attachment hole provided in a stay or the like. The cross-sectional shape of the support leg is a long hole shape that is substantially the same as the mounting hole. The long hole clip cannot rotate around the Z axis.
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。 Further, the long hole clip and the round hole clip include a corrugated long hole clip and a corrugated round hole clip that can rotate around the X axis (longitudinal direction of the wire harness). FIG. 2 shows the degree of freedom of restraint in each axial direction and around each axis of each clip.
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、予測経路や反力等の算出に先立ち、各節点にそれぞれ、設定される。 In FIG. 2, the X axis, the Y axis, and the Z axis correspond to three axes that are orthogonal in the right-hand local coordinate system at each node (or node) on the wire harness. For example, the Z axis coincides with the clip axis, but these determination methods can be appropriately changed depending on the function to be used. In the figure, the degree of freedom of constraint at the branch point is also shown for reference. Further, although not shown here, the nodes on the wire harness arbitrarily set other than the constraint points are basically completely free. As described later, such a degree of freedom of constraint is set for each node prior to calculation of the predicted path, reaction force, and the like.
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。 Next, with reference to FIG. 3 to FIG. 6, an assumption condition, a theory to be used, and an outline of a basic formula used in the present embodiment will be described. FIG. 3 (A) is a diagram showing the appearance of the wire harness, FIG. 3 (B) is a diagram showing a state where the wire harness of FIG. 3 (A) is discretized, and FIG. It is the figure which represented the wire harness of FIG. 3 (A) with the beam element and the node. FIG. 4 is a diagram for explaining the degree of freedom in the wire harness represented by beam elements and nodes. FIG. 5A is a diagram illustrating the wire harness with three beam elements, and FIG. 5B is a diagram illustrating a state in which the three beam elements in FIG. 5A are coupled. FIG. 6A is a diagram showing a state of measuring the cross-sectional secondary moment and the longitudinal elastic modulus, and FIG. 6B is a diagram showing a state of measuring the cross-sectional secondary moment and the longitudinal elastic modulus. is there.
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。
First, in the present embodiment, the following assumptions are made when the finite element method is used for designing a wire harness.
(1). The wire harness is assumed to be an elastic body.
(2). Assume that the wire harness is a combination of beam elements.
(3). Assume that each beam element is linear.
(4). Assume that the cross section of the wire harness is circular.
In this embodiment, by making such an assumption, it is possible to apply the finite element method to the wire harness, which has not been made conventionally.
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。
In the present embodiment, first, the wire harness is discretized. That is, as shown in FIG. 3A, the
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。
Therefore, as shown in FIG. 3C, the wire harness can be represented as a plurality of beam elements C1, C2, C3,... Coupled by a plurality of nodes N1, N2, N3,. The characteristic values required for the beam elements are as follows.
Length l (see Fig. 3 (B))
Cross section A (See Fig. 3 (B))
Sectional secondary moment I
Cross section secondary pole moment J
Density ρ
Longitudinal elastic modulus E
Transverse elastic modulus G
As will be described later, in this specification, the length l and the cross-sectional area A are the shape characteristics, and the cross-sectional secondary moment I, the cross-sectional secondary pole moment J, the density ρ, the longitudinal elastic modulus E, and the transverse elastic modulus G are the materials. It is characteristic.
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。 As shown in FIG. 4, each beam element C (C1, C2, C3,...) Has two nodes α and β. In the three-dimensional space, the node α has three translation components and three rotation components, and thus has a total of six degrees of freedom. The same applies to the node β. Therefore, the beam element C has 12 degrees of freedom.
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。
In the figure,
F xi : Force of the i-th element in the xi-axis direction F yi : Force of the i-th element in the yi-axis direction F zi : Force of the i-th element in the zi-axis direction M xi : Moment of the i-th element around the xi axis M yi : Moment about the yi axis of the i-th element M zi : Moment about the zi-axis of the i-th element U xi : Displacement of the i-th element in the xi-axis direction U yi : Displacement of the i-th element in the yi-axis direction U zi : i Xi : displacement of the i-th element in the zi-axis direction θ xi : angular displacement of the i-th element in the xi-axis direction θ yi : angular displacement of the i-th element in the yi-axis direction θ zi : angular displacement of the i-th element in the zi-axis direction α And β is the right node.
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。
By the way, it is known that the displacement of a structure due to a static force that does not vibrate satisfies the hook law expressed by the following formula (1) within an elastic range.
Kx = F (1)
Here, K: spring constant, x: displacement, F: force.
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。 Similarly, it is known that Hook's law is also established in the beam element C shown in FIG. However, since the beam element C has 12 degrees of freedom as described above, the relationship between force and displacement is expressed by a matrix of 12 rows and 12 columns and a vector of 12 rows, as shown in the following equation (2). Can be expressed.
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。 Here, the matching condition and the balancing condition will be described. Here, for the sake of simplicity, as shown in FIG. 5A, the wire harness is represented by three beam elements C1, C2, and C3. In this case, the displacements of the node 1β of the beam element C1 and the node 2α of the beam element C2 are equal, and the forces applied to these nodes are also balanced. Similarly, the displacements of the node 2β of the beam element C2 and the node 3α of the beam element C3 are also equal, and the forces applied to these nodes are also balanced. Therefore, the beam elements C1 and C2 and the beam elements C2 and C3 can be coupled as shown in FIG. 5B by satisfying the condition of the balance between the continuity of the displacement and the force.
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。
In the figure,
F xi : Force of the i-th element in the xi-axis direction F yi : Force of the i-th element in the yi-axis direction F zi : Force of the i-th element in the zi-axis direction M xi : Moment of the i-th element around the xi axis M yi : Moment about the yi axis of the i-th element M zi : Moment about the zi-axis of the i-th element U xi : Displacement of the i-th element in the xi-axis direction U yi : Displacement of the i-th element in the yi-axis direction U zi : i The displacement of the number element in the zi-axis direction θ xi : The angular displacement of the i-th element in the xi-axis direction θ yi : The angular displacement of the i-th element in the yi-axis direction θ zi : The angular displacement of the i-th element in the zi-axis direction
i = 1α, 1β, 2α, 2β, 3α, 3β.
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。 Then, when the continuity of the displacement and the balance of force in the beam elements C1, C2, and C3 shown in FIG. 5B are shown in the same form as the above equation (2), the following equation (3) is obtained. Become.
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。 Here, the matrixes M1, M2, and M3 of 12 rows and 12 columns in the formula (3) are the same as those shown in the formula (2). However, the portions M12 and M23 where the matrices M1, M2 and M3 are overlapped are the components of each matrix added together.
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。 In addition, it can handle similarly about four or more beam elements. In this manner, a mathematical model of a wire harness that is divided into an arbitrary number of beam elements can be created.
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歪み、応力、反力、モーメント等を算出する。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。
By the way, when the above formula (3) is simply expressed,
[K] {x} = {F} (4)
It becomes.
Therefore, for example, assuming that the clip is attached to each node and the force applied to the clip is determined in advance, the path, that is, the wire harness is obtained by obtaining the displacement vector {x} based on the above equation (4). Can be calculated. Conversely, if the path is determined, the force vector {F} at each node can be calculated. Based on such a basic concept, in the present embodiment, the predicted path and strain, stress, reaction force, moment, etc. of the wire harness are calculated. The unknowns in the displacement vector {x} and the force vector {F} can be determined by using a known Newton-Raphson method, arc length method, or the like.
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。
The general matrix finite element method as described above is also shown in
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。 Here, in this embodiment, an example of how to obtain each characteristic value necessary for the beam element will be described below. First, the length l, the cross-sectional area A, and the density ρ can be obtained by simple calculation after a target wire harness is created and measured using a caliper, a measure, a weight scale, or the like.
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。
The longitudinal elastic modulus E can be expressed by the following equation (5) when the measurement method shown in FIG.
E = FL 3 / 3XI ... ( 5)
Moreover, since the wire harness is assumed to have a circular cross section as described above, the cross sectional secondary moment I can be expressed by the following equation (6).
I = πD 4/64 ... ( 6)
Therefore,
E = 64FL 3 / 3XπD 4 (7)
It becomes.
In this measurement,
E = (F / X) × (64L 3 / 3πD 4 )
And the relationship between F and x may be measured.
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。
On the other hand, the transverse elastic modulus G can be expressed by the following equation (8) when the measurement method shown in FIG.
G = (TL / θJ) × 2 (8)
The cross-section secondary pole moment J can be expressed by the following equation (9) because the wire harness is assumed to have a circular cross section.
J = πD 4/32 ... ( 9)
The twisting force is
T = FS (10)
It becomes.
Therefore,
G = (32FSL / θπD 4 ) × 2 = (F / θ) (32SL / πD 4 ) × 2 (11)
Therefore, the relationship between F and θ may be measured.
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。 The above measurement method is an example, and each value may be obtained by a method other than the above measurement example. Alternatively, a representative wire harness may be measured in advance and stored in a database, and this may be used as appropriate.
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。 Next, a hardware configuration according to the present embodiment that calculates and outputs the shape of the wire harness according to the processing procedure described later using the above theory and basic formula will be described. FIG. 7 is a block configuration diagram showing a hardware configuration according to the present embodiment.
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、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。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。
As shown in FIG. 7, in this embodiment, the
また、記憶装置２５はインストールされた配線設計支援プログラム２９ａやこのプログラム２９ａによる処理結果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−ＲＯＭやＤＶＤ−ＲＯＭ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（請求項９、１０に対応する）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。
The
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、本発明の配線設計支援に関する処理をしたり、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（請求項７、８に対応する）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。
The
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（Ｄ）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。 Further, a processing procedure according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 8 is a flowchart illustrating a processing procedure according to the present embodiment performed using the hardware configuration illustrated in FIG. 7. FIG. 9A to FIG. 9D are diagrams illustrating output results in the course of each process shown in FIG.
まず、図８に示すステップＳ１において設定された初期値に基づいて、ステップＳ２において初期形状が算出され、ステップＳ３において、図９（Ａ）に示すように、算出された初期形状３１が出力される。この初期形状３１を得るための初期値としては、例えば、対象となるワイヤーハーネスの両端のコネクタが取り付けられる位置が用いられるが、このコネクタの拘束方向や、このワイヤーハーネスの中間部に取り付けられるクリップの座標及び拘束方向、或いは、この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。上記形状算出処理はマイクロコンピュータ２１にて行われ、初期値の設定には入力装置２２が用いられ、初期形状の出力には表示装置２３が用いられる。なお、以降の処理においても、形状算出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、算出結果の出力には表示装置２３が用いられる。
First, based on the initial value set in step S1 shown in FIG. 8, an initial shape is calculated in step S2, and in step S3, the calculated
次に、ステップＳ４においては、上記出力された初期形状３１に対して、図９（Ｂ）に示すような各節点３３ａ〜３３ｚを割り当てると共に、これら各節点３３ａ〜３３ｚにおける所定の拘束条件が設定される。拘束条件としては、各節点３３ａ〜３３ｚ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。これらの拘束条件は、変位先に対応するものである。各節点３３ａ〜３３ｚとしては、コネクタやクリッ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、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。
Next, in step S4,
これと共に、ステップＳ４においては、被予測ワイヤーハーネスの形状特性及び材料特性も設定される。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。 At the same time, in step S4, the shape characteristics and material characteristics of the predicted wire harness are also set. The length l and the cross-sectional area A are set as the shape characteristics, and the secondary moment I, the secondary cross-pole moment J, the density ρ, the longitudinal elastic modulus E, and the transverse elastic modulus G are set as the material characteristics. . For these, values measured or calculated in advance as described above are used. The value set here relates to each element in the stiffness matrix [K] in the above equation (3).
次に、ステップＳ５においては、ワイヤーハーネスの所定部位に加える力ｆの大きさ及び向きが設定される。加える力ｆの大きさ及び向きは、ワイヤーハーネスを初期形状から最終形状に至るまでの中間点に変位させるための値にしてもよいし、ワイヤーハーネスを一気に最終形状に変位させるための値にしてもよい。力ｆを加える部位は、図９（Ｂ）に示すように、例えば、節点３３ｚのみとしてもよいし、節点３３ａ以外の節点３３ｂ〜３３ｚの全てとしてもよいし、或いは、このうちのいずれかとしてもよい。加える力ｆは、力を加える部位に、全てに均等であってもよいし、適宜、差を持たせてもよい。また、加える力ｆとしては、このワイヤーハーネス自体の重力Ｇも含ませるようにすると、より現実的になる。
Next, in step S5, the magnitude and direction of the force f applied to the predetermined part of the wire harness are set. The magnitude and direction of the force f to be applied may be a value for displacing the wire harness to an intermediate point from the initial shape to the final shape, or a value for displacing the wire harness to the final shape at once. Also good. As shown in FIG. 9B, the portion to which the force f is applied may be, for example, only the
また、この加える力ｆは、例えば、組付け時に予想される作業者の動き等に基づくようにしてもよい。ここで設定される値は、上記式（３）中の力ベクトル［ｆ］中の各要素に係わる。このように力ｆを設定することにより、組付け時に予想される作業者の動き等を正確に反映させたワイヤー様構造物の変形の様子を検討することが可能になる。また、所定部位を任意に引っ張たり、曲げたりした場合のワイヤー様構造物の変形の様子も検討することが可能になる。 Further, the force f to be applied may be based on, for example, an operator's movement expected at the time of assembly. The value set here relates to each element in the force vector [f] in the above equation (3). By setting the force f in this way, it becomes possible to examine the state of deformation of the wire-like structure that accurately reflects the movement of the worker expected at the time of assembly. In addition, it is possible to examine the state of deformation of the wire-like structure when the predetermined part is arbitrarily pulled or bent.
このような各値の設定が完了すると、ステップＳ６に進んで、現在、表示中の経路形状が消去される。次に、有限要素法が適用されて、ステップＳ７において新予測形状が算出され、ステップＳ８において歪み及び応力が算出され、ステップＳ９において拘束点に発生する反力及びモーメントが算出される。 When the setting of each value is completed, the process proceeds to step S6, and the currently displayed path shape is deleted. Next, the finite element method is applied, a new predicted shape is calculated in step S7, strain and stress are calculated in step S8, and reaction force and moment generated at the constraint point are calculated in step S9.
すなわち、ステップＳ７〜ステップＳ９においては、上記ステップＳ４及びステップＳ５で設定された各値が上記式（３）に適用されて、上記式（３）中の各未知数が算出される。詳しくは、式（３）中の変位ベクトル｛ｘ｝の未知数が算出されると、ワイヤーハーネスの新予測形状が得られる。更に、式（３）中の力ベクトル｛Ｆ｝中の未知数が算出されると、このワイヤーハーネスに対する歪み及び応力、反力及びモーメントが算出可能になる。なお、周知のように、応力は（外力／断面積）、歪みは（伸び／長さ）と表されるので、応力及び歪みを算出する際には、これらの関係式も利用される。ステップＳ７及びステップＳ８は請求項の歪み応力算出手段に相当し、ステップＳ７及びステップＳ９は請求項の反力モーメント算出手段に相当する。 That is, in steps S7 to S9, the values set in steps S4 and S5 are applied to the equation (3), and the unknowns in the equation (3) are calculated. Specifically, when the unknown number of the displacement vector {x} in Equation (3) is calculated, a new predicted shape of the wire harness is obtained. Furthermore, when the unknown in the force vector {F} in the equation (3) is calculated, strain, stress, reaction force, and moment for the wire harness can be calculated. As is well known, since stress is expressed as (external force / cross-sectional area) and strain is expressed as (elongation / length), these relational expressions are also used when calculating stress and strain. Steps S7 and S8 correspond to the strain stress calculation means in the claims, and steps S7 and S9 correspond to the reaction force moment calculation means in the claims.
次に、ステップＳ１０において、図９（Ｃ）に示すように、上記算出された新予測形状が表示される。なお、図９（Ｃ）に示す新予測形状３６の各節点３５ａ、３５ｂ、３５ｃ、３５ｄ、３５ｅ、３５ｆ、３５ｇ及び３５ｚは、図９（Ｂ）に示した初期形状３１における各節点３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄ、３３ｅ、３３ｆ、３３ｇ及び３３ｚに対応する。節点３３ａの位置は節点３５ａの位置と一致し、その他の節点は加えられた力ｆ及び重力Ｇにより変位している。
Next, in step S10, as shown in FIG. 9C, the calculated new predicted shape is displayed. Note that the
次に、ステップＳ１１において、算出された歪みや応力が新予測形状３６と共に、上記表示装置２３上に表示される。表示形態は、数値によるものでもよいが、好ましくは、歪みや応力がそれらの値に応じて多色表示されるようにする。例えば、図９（Ｄ）に示すように、歪みや応力の値が大きいワイヤーハーネスの部位３６ｂは赤色で表示され、それらの値が小さい部位３６ａは緑色で表示されるようにする。このように、多色表示することにより、容易かつ直感的にワイヤー様構造物上の歪みや応力を認識できるようになる。なお、上記ステップＳ１０及びステップＳ１１は、請求項の歪み応力出力手段に相当する。
Next, in step S <b> 11, the calculated strain and stress are displayed on the
また、ステップＳ１２においては、算出された反力やモーメントが新予測形状３６と共に、上記表示装置２３上に表示される。表示形態は、数値によるものでもよいが、好ましくは、反力やモーメントがそれぞれ、矢印３７ａ、３７ｂ、及び３８ａ、３８ｂにて、表示されるようにする。このように、矢印表示することにより、コネクタやクリップ等の拘束部材の配置や耐久性の検討が容易になる。なお、上記ステップＳ１０及びステップＳ１２は、請求項の反力モーメント出力手段に相当する。
In step S12, the calculated reaction force and moment are displayed on the
次に、ステップＳ１３においては、入力装置２２の所定操作等による終了トリガの有無が判定され、終了トリガが有れば上記一連の処理を終了するが（ステップＳ１３のＹ）、終了トリガがない限り上記ステップＳ５に戻る（ステップＳ１３のＮ）。ステップＳ５に戻ると、最終形状に至るまでの次の中間点に変位させるための値、或いは、ワイヤーハーネスを一気に最終形状に変位させるための値が設定されて、上記と同様の処理手順にて、次の新予測形状と共にこれに対応する歪みや応力、反力やモーメントが再表示される。このような処理は、任意に繰り替えすことが可能である。これにより、初期形状から最終形状に至るまで、ワイヤーハーネスに所定の力を加えながら変位させてきき、その際に加えられた力に基づいて、実際に作業ができるが否かを検討することが可能となる。
Next, in step S13, it is determined whether or not there is an end trigger due to a predetermined operation or the like of the
このように、本実施形態によれば、ワイヤーハーネスの経路設計に有限要素法を用いることを可能にし、力を加えながらワイヤー様構造物を変位させた際に発生する歪みや応力、拘束点に発生する反力やモーメントを正確に予知可能にする。したがって、本実施形態によれば、無理な負荷がかかることない経路設計や作業手順の立案、並びに拘束部材の最適な配置や耐久性の検討が、設計者の熟練度に依存することなく、容易かつ正確に行えるようになる。 As described above, according to the present embodiment, it is possible to use the finite element method for the route design of the wire harness, and the strain, stress, and restraint point generated when the wire-like structure is displaced while applying a force. The reaction force and moment generated can be accurately predicted. Therefore, according to the present embodiment, it is possible to easily design a route design and work procedure that do not impose an excessive load, and to examine the optimal arrangement and durability of the restraint member without depending on the skill level of the designer. And it can be done accurately.
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。また、上記実施形態では、分岐点のないワイヤーハーネスを例示したが、本発明の方法及び装置は、分岐点を有するワイヤーハーネスにも同様に適用可能である。 In addition, the method and apparatus of this invention are not limited to the wire harness wired in a vehicle, It can apply similarly to the wire-like structure wired indoors. Moreover, in the said embodiment, although the wire harness without a branch point was illustrated, the method and apparatus of this invention are applicable similarly to the wire harness which has a branch point.
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 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）
1 Wire harness (wire-like structure)
2a, 2b, 2c,
Claims (10)
前記算出手段によって、前記所定条件としての前記ワイヤー様構造物の形状特性、及び、材料特性、前記節点における拘束条件、並びに、前記加える力に関する情報を有限要素法に適用して、前記ワイヤー様構造物の予測形状を算出すると共に、前記ワイヤー様構造物における前記拘束部材の配置、及び／又は、耐久性の検討を行うために、前記力を加えながら前記ワイヤー様構造物を変位させた際に前記ワイヤー様構造物に発生する歪み及び応力を算出し、そして、 By applying the information on the shape characteristics and material characteristics of the wire-like structure as the predetermined conditions, the material characteristics, the constraint conditions at the nodes, and the applied force to the finite element method by the calculation means, the wire-like structure When calculating the predicted shape of the object and displacing the wire-like structure while applying the force in order to investigate the arrangement of the restraining member in the wire-like structure and / or durability Calculating strain and stress generated in the wire-like structure; and
前記算出結果を前記出力手段によって出力するThe calculation result is output by the output means.
ことを特徴とするワイヤー様構造物の配線設計支援方法。A wiring design support method for a wire-like structure.
前記拘束条件に関する情報を、前記複数の梁要素の各頂点の座標及び前記各頂点における自由度とし、
前記形状特性に関する情報を、前記ワイヤー様構造物の梁要素の断面積及び長さとし、
前記材料特性に関する情報を、前記梁要素の断面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、そして、
前記加える力に関する情報を、前記力の大きさ、及び、向きとすることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のワイヤー様構造物の配線設計支援方法。 The wiring structure, and a wire harness wired to a vehicle,
Information on the constraint condition is the coordinates of each vertex of the plurality of beam elements and the degree of freedom at each vertex,
Information on the shape characteristics is the cross-sectional area and length of the beam element of the wire-like structure,
Information about the material properties is the secondary moment of section, secondary moment of section, density, longitudinal elastic modulus and transverse elastic modulus of the beam element ; and
The wiring design support method for a wire-like structure according to any one of claims 1 to 5 , wherein the information on the applied force is the magnitude and direction of the force .
前記所定条件としての前記ワイヤー様構造物の形状特性、及び、材料特性、前記節点における拘束条件、並びに、前記加える力に関する情報を有限要素法に適用して、前記ワイヤー様構造物の予測形状を算出すると共に、前記ワイヤー様構造物における前記拘束部材の配置、及び／又は、耐久性の検討を行うために、前記力を加えながら前記ワイヤー様構造物を変位させた際に前記ワイヤー様構造物に発生する歪み及び応力を算出する算出手段と、 Applying information on the shape characteristics and material characteristics of the wire-like structure as the predetermined condition, the constraint conditions at the nodes, and the applied force to the finite element method, the predicted shape of the wire-like structure is determined. The wire-like structure is calculated when the wire-like structure is displaced while applying the force in order to calculate and investigate the arrangement and / or durability of the restraining member in the wire-like structure. Calculating means for calculating strain and stress generated in
前記算出手段にて算出された前記予測形状、及び、前記歪み及び応力を出力する出力手段と、 Output means for outputting the predicted shape calculated by the calculation means, and the strain and stress;
を含むことを特徴とするワイヤー様構造物の配線設計支援装置。A wiring design support device for a wire-like structure characterized by comprising:
前記所定条件としての前記ワイヤー様構造物の形状特性、及び、材料特性、前記節点における拘束条件、並びに、前記加える力に関する情報を有限要素法に適用して、前記ワイヤー様構造物の予測形状を算出すると共に、前記ワイヤー様構造物における前記拘束部材の配置、及び／又は、耐久性の検討を行うために、前記力を加えながら前記ワイヤー様構造物を変位させた際に前記ワイヤー様構造物における前記節点のうち前記拘束部材が取り付けられる位置に相当する拘束点に発生する反力及びモーメントを算出する算出手段と、 Applying information on the shape characteristics and material characteristics of the wire-like structure as the predetermined condition, the constraint conditions at the nodes, and the applied force to the finite element method, the predicted shape of the wire-like structure is determined. The wire-like structure is calculated when the wire-like structure is displaced while applying the force in order to calculate and investigate the arrangement and / or durability of the restraining member in the wire-like structure. Calculating means for calculating a reaction force and a moment generated at a restraint point corresponding to a position where the restraint member is attached among the nodes in
前記算出手段にて算出された前記予測形状、並びに、前記反力及びモーメントを出力する出力手段と、 Output means for outputting the predicted shape calculated by the calculation means, and the reaction force and moment;
を含むことを特徴とするワイヤー様構造物の配線設計支援装置。A wiring design support device for a wire-like structure characterized by comprising:
前記所定条件としての前記ワイヤー様構造物の形状特性、及び、材料特性、前記節点における拘束条件、並びに、前記加える力に関する情報を有限要素法に適用して、前記ワイヤー様構造物の予測形状を算出すると共に、前記ワイヤー様構造物における前記拘束部材の配置、及び／又は、耐久性の検討を行うために、前記力を加えながら前記ワイヤー様構造物を変位させた際に前記ワイヤー様構造物に発生する歪み及び応力を算出する算出手段、及び、 Applying information on the shape characteristics and material characteristics of the wire-like structure as the predetermined condition, the constraint conditions at the nodes, and the applied force to the finite element method, the predicted shape of the wire-like structure is determined. In order to calculate and dispose the restraining member in the wire-like structure and / or to study durability, the wire-like structure is displaced when the wire-like structure is displaced while applying the force. Calculating means for calculating strain and stress generated in
前記算出手段にて算出された前記予測形状、及び、前記歪み及び応力を出力する出力手段として機能させる It functions as an output means for outputting the predicted shape calculated by the calculation means, and the strain and stress.
ことを特徴とするワイヤー様構造物の配線設計支援プログラム。A wiring design support program for wire-like structures.
前記所定条件としての前記ワイヤー様構造物の形状特性、及び、材料特性、前記節点における拘束条件、並びに、前記加える力に関する情報を有限要素法に適用して、前記ワイヤー様構造物の予測形状を算出すると共に、前記ワイヤー様構造物における前記拘束部材の配置、及び／又は、耐久性の検討を行うために、前記力を加えながら前記ワイヤー様構造物を変位させた際に前記ワイヤー様構造物における前記節点のうち前記拘束部材が取り付けられる位置に相当する拘束点に発生する反力及びモーメントを算出する算出手段、及び、 Applying information on the shape characteristics and material characteristics of the wire-like structure as the predetermined condition, the constraint conditions at the nodes, and the applied force to the finite element method, the predicted shape of the wire-like structure is determined. The wire-like structure is calculated when the wire-like structure is displaced while applying the force in order to calculate and investigate the arrangement and / or durability of the restraining member in the wire-like structure. A calculating means for calculating a reaction force and a moment generated at a restraint point corresponding to a position where the restraint member is attached among the nodes at
前記算出手段にて算出された前記予測形状、並びに、前記反力及びモーメントを出力する出力手段として機能させる Function as an output means for outputting the predicted shape calculated by the calculation means, and the reaction force and moment.
ことを特徴とするワイヤー様構造物の配線設計支援プログラム。A wiring design support program for wire-like structures.
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