KR100514707B1

KR100514707B1 - 배선구조의 배선설계 지원방법, 장치 및 프로그램

Info

Publication number: KR100514707B1
Application number: KR10-2003-0066448A
Authority: KR
Inventors: 사와이마사요시
Original assignee: 야자키 소교 가부시키가이샤
Priority date: 2002-09-25
Filing date: 2003-09-25
Publication date: 2005-09-14
Also published as: KR20040027400A; EP1403146A3; JP4600912B2; EP1403146A2; US20040167752A1; JP2004139569A

Abstract

본 발명에 따른 배선구조의 배선설계지원방법은 다수의 띠부재 편으로 구성되는 배선구조를 선형성을 갖는 다수의 빔 요소가 상호 결합되는 동시에 원형단면을 갖는 탄성체로 간주하는 단계와; 특정 조건으로서, 배선구조의 형상특성, 물질특성 및 구속조건에 관한 정보를 유한요소법(Finite Element Method)에 적용하는 단계와; 상기 특정조건이 만족되도록 변위된 배선구조의 예측형상을 산출하는 단계와; 상기 산출된 예측형상을 위해 진동에 대한 특성값을 산출하는 단계와; 상기 산출된 예측형상 및 산출된 특성값을 출력하는 단계를; 구비한다.

Description

배선구조의 배선설계 지원방법, 장치 및 프로그램{METHOD OF ASSISTING WIRING DESIGN OF WIRING STRUCTURE, ITS APPARATUS AND ITS PROGRAM}

본 발명은 다수의 띠부재(line streak member)로 구성되는 배선구조의 설계를 지원하는 방법, 그 장치 및 프로그램에 관한 것으로서, 특히 일 구조체로서 차량에 배선되는 배선하니스의 진동을 고려한 최적 설계를 지원하는 방법, 장치 및 프로그램에 관한 것이다.

본 명세서에서 인용되는 문헌은 다음과 같다.

(비특허문헌1)

"매트릭스 유한요소법(Matrix finite element method)", 비.나스(B. Nas)저, 브레인 퍼블리싱 컴패니(Brain Publishing Co.) 1978년 8월 10일, 7-15 페이지.

(비특허문헌2)

"모드 분석 및 동적 설계(Mode Analysis and Dynamic Design)", 진히코 야스다, 1993년 11월 10일, 54-56 페이지.

상기한 바와같이 설계되는 배선하니스에 따르면, 배선하니스의 각 부분에서의 절곡, 비틀림 등에 대한 경도 등이 있기 때문에 최적의 배선 및 형상을 설계하기는 어렵다. 즉, 설계와 같은 전체구조를 얻기는 어려워 비현실적인 형상으로 구성된다. 따라서, 배선하니스의 최적설계를 위해서는 고도의 숙련공이 필요할 뿐만 아니라 시행착오에 의해 많은 시간이 소요된다.

특히, 배선하니스가 차량에 설치될 때, 엔진에 의한 진동, 주행에 따른 진동 등이 빈번히 발생하므로 진동에 따른 공진현상이 발생하지 않도록 배선하니스를 설계하는 것이 바람직하다.

따라서, 본 발명의 목적은 상기 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 숙련설계자에게 의존하지 않고도 배선하니스의 배선구조의 예측형상에 대해 진동과 관련된 특성값을 출력하여 더욱 정밀한 배선하니스의 배선설계를 행할 수 있는 방법, 장치 및 그 프로그램을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 실현하기 위한 본 발명의 제1구성특징에 따른 구성은

다수의 띠부재 편으로 구성되는 배선구조를 선형성을 갖는 다수의 빔 요소가 상호 결합되는 동시에 원형단면을 갖는 탄성체로 간주하는 단계와;

특정 조건으로서, 배선구조의 형상특성, 물질특성 및 구속조건에 관한 정보를 유한요소법(Finite Element Method)에 적용하는 단계와;

상기 특정조건이 만족되도록 변위된 배선구조의 예측형상을 산출하는 단계와;

상기 산출된 예측형상을 위해 진동에 대한 특성값을 산출하는 단계와;

상기 산출된 예측형상 및 산출된 특성값을 출력하는 단계를;

구비하는 것을 특징으로 하는 배선구조의 배선설계 지원방법이다.

상기 목적을 실현하기 위한 본 발명의 제2구성특징에 따른 구성은 제1구성특징을 전제로, 상기 특성값은 자연진동수와 자연진동모드 중 최소한 하나이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 배선구조의 배선설계 지원방법이다.

상기 목적을 실현하기 위한 본 발명의 제3구성특징에 따른 구성은 제1구성특징을 전제로, 상기 배선구조는 차량에 배선되는 배선하니스이고,

상기 구속조건은 다수의 빔 요소의 각 정점좌표와 각 정점에서의 자유도에 의해 규정되며,

형상특성은 배선구조의 빔 요소의 단면적 및 길이에 의해 규정되고,

물질특성은 빔 요소의 관성 모멘트, 극성 관성모멘트, 밀도, 종방향 탄성계수, 횡방향 탄성계수에 의해 규정되는 것을 특징으로 하는 배선구조의 배선설계 지원방법이다.

상기 목적을 실현하기 위한 본 발명의 제4구성특징은

다수의 띠부재 편으로 구성되는 배선구조에 관한 예측형상을 산출하여 배선구조의 배선설계를 지원하는 방법으로서,

예측형상을 위해 진동에 대해 특성값을 분석하는 단계와;

그 분석결과를 출력하는 단계를;

상기 목적을 실현하기 위한 본 발명의 제4구성특징은

다수의 띠부재 편으로 구성되는 배선구조를 선형성을 갖는 다수의 빔 요소가 상호 결합되는 동시에 원형단면을 갖는 탄성체로 간주하고, 유한요소법(Finite Element Method)을 이용하여 특정 조건을 만족하는 배선구조의 형상을 예측하는 배선구조의 배선설계 지원장치로서,

특정조건으로서 배선구조의 형상특성, 물질특성 및 구속조건에 관한 정보를 설정하는 설정유니트와;

유한요소법에 상기 특정 조건을 부여하여 상기 특정 조건들이 만족되도록 변위된 배선구조의 예측형상을 산출하는 예측형상 산출유니트와;

이 예측형상 산출유니트에 의해 산출된 예측형상에 대해 자연진동수를 산출하는 자연진동수 산출유니트와;

산출된 예측형상 및 산출된 자연진동수를 출력하는 제1출력유니트를;

구비하는 것을 특징으로 하는 배선구조의 배선설계 지원장치이다.

상기 목적을 실현하기 위한 본 발명의 제5구성특징에 따른 구성은 제5구성특징을 전제로, 상기 예측형상 산출유니트에 의해 산출된 예측형상에 대해 자연진동모드를 산출하기 위한 자연진동모드 산출유니트와;

상기 산출된 예측형상과 산출된 자연진동모드를 출력하기 위한 제2출력유니트를; 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배선구조의 배선설계 지원장치이다.

상기 목적을 실현하기 위한 본 발명의 제7구성특징에 따른 구성은

상기 예측형상 산출유니트에 의해 산출된 예측형상에 대해 자연진동모드를 산출하기 위한 자연진동모드 산출유니트와;

상기 산출된 예측형상과 산출된 자연진동모드를 출력하기 위한 출력유니트를;

상기 목적을 실현하기 위한 본 발명의 제8구성특징에 따른 구성은

다수의 띠부재 편으로 구성되는 배선구조를 선형성을 갖는 다수의 빔 요소가 상호 결합되는 동시에 원형단면을 갖는 탄성체로 간주하고, 유한요소법(Finite Element Method)을 이용하여 특정 조건을 만족하는 배선구조의 형상을 예측하는 배선구조의 배선설계 지원장치로서 컴퓨터가 기능하도록 작용하는 프로그램을 저정한 기록매체로서, 상기 프로그램이 컴퓨터에게 작용하도록 하는 기능은

산출된 예측형상 및 산출된 자연진동수를 출력하는 출력유니트를;

구비하는 것을 특징으로 하는 기록매체이다.

다음에, 본 발명의 실시예에 대하여 첨부도면을 참고하여 상세히 설명한다.

먼저, 도 1 및 도 2를 참조하여 설계대상 및 대표적인 지지부재를 구성하는 배선하니스 구조의 전체형상에 대하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 일실시예에 따라 설계대상을 구성하는 배선하니스의 전체형상의 개략도이고, 도 2는 배선하니스를 지지하는 대표적인 지지부재와 자유구속도 간의 관계를 나타내는 도면이다. 이 실시예를 통해 여기에 도시한 배선하니스에 대한 예측형상을 시뮬레이션으로 출력하여 설계를 지원할 수 있으며, 이점에 대해서는 추후에 설명한다.

전술한 바와같이, 본실시예에 따른 설계대상을 구성하는 배선하니스(1)는 4개의 코넥터(2a, 2b, 2c, 2d)가 부착되며, 그 양단부에는 전기설비(도시안됨)가 접속되고, 그 중간부분에는 여러가지 클립(3a, 3b, 3c,3d)과 함께 지선점(4)이 배치된다. 배선하니스(1)의 각 지선은 기본적으로 그 개수나 구성요소 띠부재의 종류가 다양하다. 또한 지선은 굵기, 길이, 탄성도, 경도 등에서 다양성을 갖는다.

각 코넥터(2a, 2b, 2c, 2d)는 고정위치, 전기설비 측면에서의 대향면의 장착방향에 따라서 소정의 위치에 착탈가능하게 부착되어 배선하니스의 단부를 완벽하게 구성한다. 또한, 각 클립(3a, 3b, 3c,3d)은 전기설비의 스테이 또는 캐비넷 등의 소정위치에서 배선하니스의 소정부분을 완전하게 또는 회전가능하게 구속한다.

다음에, 클립에 대하여 설명한다. 클립은 기본적으로 긴구멍형 클립과 둥근구멍형 클립이 있다. 둥근구멍형 클립은 회전클립이라고 칭하며, 배선하니스를 고정하는 베이스 시트부와, 지지레그로 구성되며, 여기서 지지레그는 스테이 등에 배치되는 둥근구멍 형상의 부착구멍에 삽입된다. 둥근구멍클립은 Z축 둘레로 회전가능하다(부착부에 대해 수직방향).

한편, 긴구멍클립은 고정플립이라고도 칭하며, 배선하니스를 고정하는 베이스 시트부와 지지레그로 구성되며, 역시 여기서 지지레그는 스테이 등에 형성된 긴구멍 형상의 부착구멍에 삽입된다. 지지레그의 단면형상은 부착구멍과 유사하게 긴구멍형상이다. 긴구멍클립은 Z축으로 회전하지 않는다.

또, 긴구멍 클립과 둥근구멍클립에는 X축(배선하니스의 종방향으로)을 중심으로 회전가능한 주름형 긴구멍클립과 주름형 둥근구멍클립이 있다. 각 축방향이나 축둘레에 대한 클립의 구속자유도를 도 2에 도시한다.

도 2에서, X축, Y축, Z축은 배선하니스의 각 노드점("노드"라고도 함)에서 우수좌표계에 상호직교하는 3축에 대응한다. 예를들어, Z축은 클립축과 일치하도록 많들어지지만 축결정방법은 사용되는 함수에 따라 적절히 변경할 수 있다. 또한, 도면에서 지점의 자유구속도를 참고로 제시한다. 또, 상기 설명한 구속점 이외에 설정되는 배선하니스에서의 노드점은 여기서 별도로 설명하지 않았지만 기본적으로 완전히 자유롭다. 자유구속도는 각각 예측통로, 반응력 등 후술하는 요인을 산출하기에 앞서 각 노드에 설정된다.

다음에, 도 3 내지 도 6을 참조하여, 전제, 이용되는 이론 및 기본식을 구성하는 조건을 개략적으로 설명한다. 도 3a는 배선하니스의 외관을 나타내고, 도 3b는 배선하니스의 디지탈화 상태를 나타내며, 도 3c는 빔 요소, 노드점에 의해 도 3a의 배선하니스를 나타내는 도면이다. 도 4는 빔 요소와 노드점에 의해 보여진 배선하니스의 자유도를 설명하는 도면이다. 도 5a는 3개의 빔 요소에 의해 구성된 배선하니스를 보여주는 도면이고, 도 5b는 도 5a의 빔 요소 3개를 결합한 상태를 나타내는 도면이다. 또한, 도 6a는 관성 모멘트와 종방향 탄성계수를 측정하는 상태를 나타내는 도면이고, 도 6b는 극성 관성 모멘트와 횡방향 탄성계수를 측정하는 상태를 나타내는 도면이다.

먼저, 본 실시예에 따라서, 배선하니스를 설계하기 위해 유한요소법(finite element method)을 이용하는데는 다음과 같은 가정을 취한다.

(1) 배선하니스는 탄성체이다.

(2) 배선하니스는 빔 요소와 결합된다.

(3)각 빔 요소에서 선형성이 유지된다.

(4)배선하니스의 단면은 원형이다.

본 실시예에서는 이러한 가정을 취하여 이제까지는 행한바 없는 유한요소법을 배선하니스에 적용한다.

본 실시예에 따라서, 먼저, 배선하니스를 디지탈화한다. 즉, 도 3a에 도시한 바와 같이, 테이프(12)와 같은 보호부재 등에 의해 다수의 전기배선(11)이 묶여있는 배선하니스(1)를 연속체로서 간주한다. 다음에, 도 3b와 같이, 배선하니스(1)를 분할(디지탈화)하여, 다수의 빔 요소(C1, C2, C3.,,,.)로 나눈다. 즉, 배선하니스는 한정된 개수의 빔 요소로 연결된 것으로 간주할 수 있다.

따라서, 도 3c에 나타낸 바와 같이, 배선하니스는 다수의 빔 요소(C1, C2, C3)를 결합하고, 다수의 노드(N1,N2, N3,...,)를 통해 표현될 수 있다. 빔요소에 필요한 특성값은 다음과 같다.

길이1(도 3b 참조)

단면적A(도 3b 참조)

관성 모멘트 I

극성 관성 모멘트 J

밀도 ρ

종방향 탄성계수 E

횡방향 탄성계수 G

또한, 형상특성은 길이1, 단면적A로 구성되고, 물질특성은 관성모멘트I, 극성 관성모멘트J, 밀도ρ, 종방향 탄성계수E, 횡방향 탄성계수G로 구성되며, 여기에 대해서는 후술한다.

또, 도 4에 도시한 바와 같이, 각 빔 요소C(C1, C2, C3.,,,.)는 노드점α, 노드점β로된 2개의 노드점이 위치한다. 3차원공간에서, 노드점α에는 3개의 병진성분과 3개의 회전성분이 있으므로, 노드점α에는 6개의 자유도가 제공되며, 또한, 노드점 β도 이와 동일한다.따라서, 빔 요소C에는 12개의 자유도가 존재하게 된다.

또, 도면에서

Fxi : i번째 요소의 xi축 방향 힘.

Fyi : i번째 요소의 yi축 방향 힘

Fzi : i번째 요소의 zi축 방향 힘

Mxi : i번째 요소의 xi축 중심의 모멘트

Myi : i번째 요소의 yi축 중심의 모멘트

Mzi : i번째 요소의 zi축 중심의 모멘트

Uxi : i번째 요소의 xi축 방향의 변위

Uyi : i번째 요소의 yi축 방향의 변위

Uzi : i번째 요소의 zi축 방향의 변위

θxi : i번째 요소의 xi축 방향의 각도변위

θyi : i번째 요소의 yi축 방향의 각도변위

θzi : i번째 요소의 zi축 방향의 각도변위

여기서 α는 좌측 노드점을 나타내고, β는 우측 노드점을 나타낸다.

아래 수학식 1 로 나타낸 후크율이 탄성범위에서 진동이 없는 정역(static force)에 의해 구조변위에서 성립된다.

(수학식 1)

Kx = F

식중 K는 스프링상수, x는 변위, F는 힘을 나타낸다.

또, 도 4에 도시한 빔 요소C에서도 유사하게 후크율이 적용된다. 그러나, 빔 요소C에는 전술한 바와 같이 12개의 자유도가 있으므로, 힘과 변위의 관계식은 아래 수학식 2로 표시한 바와 같이 12행 및 12열 및 12행 벡터의 매트릭스로 표현할 수 있다.

(수학식 2)

이하 호환조건 및 평형조건에 대하여 설명한다. 여기서는 단순성을 위해 도 5a에 도시한 바와같이, 배선 하니스를 3개의 빔 요소C1, C2, C3로 표현하였다. 이 경우, 빔 요소C1의 노드점1β과 빔 요소C2의 노드점 2α의 변위는 상호 같으며, 2개의 노드에 가해지는 힘 또한 균형을 이루고 있다. 유사하게, 빔 요소C2의 노드점2β와 빔 요소C3의 노드점3α도 상호 균형을 이루고 있으며, 2개의 노드에 가해지는 힘 또한 균형을 이루고 있다. 따라서, 빔 요소C1, C2 및 빔 요소C2, C3를 변위의 연속성 및 평형조건을 만족시키는 것에 의해 도 5b와 같이 결합할 수 있다.

또, 도면에서

Fxi : i번째 요소의 xi축 방향 힘.

Fyi : i번째 요소의 yi축 방향 힘

Fzi : i번째 요소의 zi축 방향 힘

Mxi : i번째 요소의 xi축 중심의 모멘트

Myi : i번째 요소의 yi축 중심의 모멘트

Mzi : i번째 요소의 zi축 중심의 모멘트

Uxi : i번째 요소의 xi축 방향의 변위

Uyi : i번째 요소의 yi축 방향의 변위

Uzi : i번째 요소의 zi축 방향의 변위

θxi : i번째 요소의 xi축 방향의 각도변위

θyi : i번째 요소의 yi축 방향의 각도변위

θzi : i번째 요소의 zi축 방향의 각도변위

여기서 i=1α, 2α, 2β, 3 α, 3β.

또, 도 5b에 도시한 빔 요소C1, C2, C3의 힘의 변위 , 번위 연속성은 상기 수학식2의 것과 스타일이 유사하며, 수학식3을 다음과 같이 유도할 수 있다.

(수학식 3)

여기서, 수학식3에서의 12행열의 매트릭스M1, M2, M3는 수학식2에 도시한 것과 유사하다. 그러나, 매트릭스M1, M2, M3가 상호 중첩하는 부분 M12,M13에서 각 매트릭스의 각 구성요소가 함께 부가된다.

또, 4개 이상의 빔 요소를 유사하게 취급할 수 있다. 이 방법으로, 임의 개수의 빔 요소로 분할된 배선 하니스의 등가모델을 형성할 수 있다.

또, 수학식3을 간단히 다음과 같은 수학식 4로 표현할 수 있다.

(수학식 4)

[K](x) - (F)

따라서, 예를들어 각 노드점에 클립이 부착되었다고 가정하고, 클립에 가해진 힘을 전술한 바와 같이 수학식4를 기초로 미리 결정할 경우, 통로, 즉 배선 하니스의 형상을 산출할 수 있다. 이와 반대로, 통로를 결정할 경우, 각 노드점에서의 힘벡터(F)를 산출할 수 있다. 본 실시예에 따라서, 기본적인 사고방식으로, 배선 하니스의 예측통로, 응력, 뒤틀림, 반응력, 모멘트 등을 산출할 수 있다. 변위벡터(x)와 힘벡터(F)에서 알려지지 않은 바와 같이, 그 해결책은 공지의 뉴톤-랩슨법(Newton-Raphson Method) 및 원호길이법 등에 의해 산출할 수 있다.

또, 상기 설명한 일반 매트릭스 유한요소법도 예를들면 상기 설명한 비특허문헌1에서 설명되어 있다.

여기서, 본실시예는 빔 요소에 필요한 각 특성값을 산출하는 방법의 예를 다음과 같이 설명한다. 먼저, 대상물인 배선 하니스를 형성한 후 한쌍의 캘리퍼, 측정의, 중량계 등을 이용하여 길이1, 단면적A, 밀도ρ를 간단히 산출할 수 있다.

또, 도 6에 도시한 측정방법을 사용할 때 아래 수학식5로 종방향 탄성계수E를 표현할 수 있다.

(수학식 5)

E = FL³/3XI

또, 상기한 바와 같이, 원형단면에 의해 배선 하니스를 구성하였기 때문에 관성 모멘트I를 아래와 같이 수학식6으로 표현할 수 있다.

(수학식 6)

I = πD⁴/64

따라서, 다음식이 성립한다.

(수학식 7)

E = 64FL³/3XπD⁴

이 측정에 따라서, F와 x 간의 관계를 다음식을 구성하여 즉정할 수 있다.

E = (F/X) ×(64L³/3XπD⁴)

한편, 도 6b에 도시한 측정방법을 사용할 때, 탄성계수G의 횡방향 모듈은 아래와 같이 수학식8로 표현할 수 있다.

(수학식 8)

G = (TL/θJ) ×2

배선 하니스가 원형단면을 갖는 것으로 가정하였기 때문에 극성 관성모멘트J는 다음식(9)와 같이 표현할 수 있다.

(수학식 9)

J=πD⁴/32

또, 비틀림힘은 다음과 같이 표현될 수 있다.

(수학식 10)

F=FS

따라서, F와 θ사이의 관계는 다음식으로 측정할 수 있다.

(수학식 11)

G=(32FSL/θπD⁴) ×2 = (F/θ)(32SL/πD⁴) ×2

상기 측정방법은 단지 예일 뿐이며, 각 값은 상기 측정예와는 다른 방법으로도 얻을 수 있다. 또, 기준 배선하니스를 미리 측정하여 데이터 베이스를 구축하고, 이 데이터 베이스를 수시로 이용할 수도 있다.

또, 본 실시예에 있어서는 배선 하니스의 예측형상에 위해 진동에 대한 특성값분석, 즉 자연진동수 산출 및 자연진동모드의 산출을 행하며, 그 산출을 위한 이론 및 수학식을 이하에서 간단하게 설명한다.

즉, 뉴톤의 제2법칙을 적용할 때, 수학식 4에 따른 운동식은 아래와 같은 수학식 12로 표시된다.

(수학식 12)

[M](x") -[K](x) =0

여기서 [M]은 관성 매트릭스, (x")는 변위벡터(x)의 2차시간미분을 나타낸다.

아래 수학식13을 다음과 같이 가정할 때

(수학식 13)

(x) = [X] e^`j ω^t

다음식이 성립한다.

(수학식 14)

(x') = jω[X]e^`j ω^t

(수학식 15)

(x") =-ω²[X]e^`j ω^t

여기서, (x')는 변위차(x)의 제1차 시간미분을 나타낸다.

수학식 13, 수학식 14 및 수학식 15를 수학식 12에 대입하면 다음 식을 유도할 수 있다.

[M](ω²) =(-ω²[X]e^`j ω^t) - [K]([X]e^j ω ^t) = 0

식을 다시 변형하면 최종적으로 아래 수학식 16을 얻을 수 있다.

(-ω²[M] - [K]) [X]e^j ω^t = 0

(-ω²[M] - [K]) [X] = 0

(수학식 16)

(-ω²[I] - [M]^-1[K]) [X] = 0

식중 [I]는 유니트 매트릭스, ω는 자연진동수, [X]는 자연진동모드를 나타낸다.

또, 상기 일반특성값 분석은 예를들어 상기 비특허문헌2 에서도 확인할 수 있다.

따라서, 상기 이론 및 기본식을 이용하여 배선하니스의 예측형상을 위한 자연진동수 및 자연진동모드를 산출할 수 있다.

다음에, 상기 이론 및 기초 수학식들을 이용하여 후술하는 처리공정에 따라 배선 하니스의 형상을 산출 및 출력하기 위한 본 실시예를 기초로 하드웨어 구성을 설명한다. 도 7은 본 실시예에 따른 하드웨어 구성을 도시하는 블록도이다.

도 7에 도시한 바와 같이, 본 실시에에 따르면, 예를들어 마이크로 컴퓨터(21), 입력장치(22), 디스플레이 장치(23), 인쇄장치(24), 저장장치(25), 통신 인터페이스(26), 독출기입장치(27)로 개인용 컴퓨터가 구성된다. 마이크로컴퓨터(21)는 CPU(21a)(중앙 처리장치), 부팅 프로그램을 저장하기 위한 ROM(21b), 여러 처리결과를 임시로 저장하는 RAM(21c)을 포함한다. 입력장치(22)는 상기 여러 값 들을 입력하는 키보드, 마우스 등이고, 표시장치(23)는 처리결과를 표시하기 위한 LCD, CRT 등이고, 인쇄장치(24)는 처리결과를 인쇄하는 프린터이다.

또, 저장장치(25)는 인스톨된 배선설계보조 프로그램(29a)을 저장하는 동시에, 이 프로그램(29a)에 의한 처리결과도 함께 저장하는 하드 디스크 드라이브이며, 통신 인터페이스(26)는 예를들어 인터넷, LAN 회로 등을 이용하여 외부장치와 데이터 통신을 행하는 모뎀 보드 등이다. 독출기입장치(27)는 CD-ROM, DVD-ROM 등에 저장된 배선설계 보조 프로그램(29a)을 독출하고(청구항 8, 9에 해당), 기록매체(29)에 배선설계 보조 프로그램(29a)에 의한 산출결과를 기입하는 장치이다. 이들 각 구성요소들은 내부버스(28)를 통해 접속된다.

마이크로 컴퓨터(21)는 독출기입장치(27)에 의해 독출된 배선설계 보조 프로그램(29a)을 저장장치(25)에 설치한다. 또한, 전원이 입력될 때, 마이크로 컴퓨터(21)는 ROM(21)에 저장된 부팅 프로그램에 따라 시동되어 인스톨된 배선설계보조 프로그램(29a)을 시동한다. 또, 마이크로 컴퓨터(21)는 배선설계보조 프로그램(29a)에 따라서 본 발명의 배선설계보조에 근거해 처리를 행하여, 표시장치(23) 또는 인쇄장치(24)에 처리결과를 출력하고, 저장장치(25) 또는 기록매체(29)에 처리결과를 유지한다. 배선설계보조 프로그램(29a)은 상기 기본 구성을 갖는 다른 개인용 컴퓨터에도 또한 설치될 수 있고, 인스톨 된 후에는 배선설계보조 장치로서 컴퓨터를 기능시키게 된다(청구항 5, 6, 7항에 해당). 또, 배선설계보조 프로그램(29a)은 기록매체(29) 뿐만 아니라 인터넷, LAN, 등과 같은 통신 네트워크를 통해서도 제공될 수 있다.

또, 도 8 및 도 9를 참조하여 일실시예에 따른 처리결과를 설명한다. 도 8은 도 7에 도시한 하드웨어 구성을 이용하여 수행되는 실시예에 따른 처리결과를 나타내는 흐름도이다. 도 9a 내지 도 9d는 도 8에 도시한 각 공정의 출력결과를 예시하는 도면이다.

먼저, 도 8에 도시한 스텝S1에서 도 9a의 노드점(1a1, 1a2, 1a3)로 표시한 바와 같이, 코넥터 또는 클립이 부착된 대상물을 구성하는 배선하니스의 일부에 구속조건을 설정한다. 구속조건으로서는 도 2에 나타낸 바와같이 여러가지 종류의 구속(완전구속, 회전가능한 구속, 완전 자유 등), 각 노드점에 대한 로컬좌표(1a1, 1a2, 1a3)가 있다. 구속조건은 변형목적지에 따른다. 노드점(1a1, 1a2,1a3)은 코넥터, 클립 등이 부착되는 부분에 할당된다. 도, 도 2와 같이 구속종류를 설정할 때에는 코넥터, 고정클립 등의 지지부재 이름을 이용할 수도 있다. 여기서 설정되는 각 값은 수학식3의 변위벡터(x)에서의 각 요소(element)에 관한 것이다.

이와 함께, 스텝S1에서 예측되는 배선 하니스의 형상특성 및 물질특성도 설정한다. 형상특성으로서, 길이(1), 단면적A을 설정한다. 물질특성으로서는 관성모멘트I, 극성 관성 모멘트J, 밀도ρ, 종방향 탄성계수E, 횡방향 탄성계수G가 설정된다. 상술한 바와 같이 미리 측정 또는 산출된 값을 이용한다. 여기서 설정된 값은 상기와 같이 수학식 3에서의 강도 매트릭스[K]에서의 각 요소에 관한 것이다. 또, 상기 각 값을 설정하는데는 입력장치(22)를 이용한다. 이후 처리과정에서도 입력장치(22)는 각 값을 설정하는데 사용되며, 상기 산출공정은 마이크로 컴퓨터(21)에 의해 수행되고, 표시장치(23)는 산출결과를 출력하게 된다.

또한, 스텝S1에서, 배선 하니스의 소정부분 예를들면 코넥터가 부착된 위치에 따라 노드점(1a3) 등에 가해진 힘f을 설정할 수도 있다. 또, 가해진 힘은 예를 들어 작업자가 조립할 때 예견되는 운동 등에 근거한 것일 수도 있다. 여기서 설정된 값은 수학식3의 힘벡터[f]에서 각 요소에 관한 것이다. 또, 스텝S1에 앞서 초기형상을 미리 산출할 수도 있다. 초기형상을 제공하는 초기값으로서, 코넥터에 부착된 대상물을 구성하는 배선하니스의 양단 위치 및 구속방향, 배선하니스의 물질특성에 따른 최소굴곡반경, 배선하니스를 통합 등을 할 때 작업자의 통상의 힘에 의해 굴곡될 수 있는 굴곡반경 등이 사용된다. 또한, 스텝S1에서 산출처리공저에 관한 여러가지 제어값도 또한 설정한다. 스텝S1은 청구항의 설정유니트에 해당된다.

다음에, 스텝S2에서, 형상산출에 필요한 각 값을 설정하는 것을 마무리한 후 산출개시를 위한 소정의 트리거가 있을 때, 유한요소법(Finite Element Method)을 이용하여 설정된 구속조건 등을 만족하는 예측형상 설립평형을 산출하고, 특성값을 분석하여 그 결과를 출력한다. 또,마무리 트리거가 있을 때, 상기 각 값의 설정을 변경하여 예측형상을 반복하여 출력한다. 이하에서 처리공정을 설명한다.

즉, 스텝S2에서, 동적으로 평형상태가 된 예측형상(1a)을 스텝S1에서 설정된 예측형상을 산출하는데 필요한 각 값을 유한요소법, 특히 수학식 3에 적용시켜 도 9b와 같이 산출한다. 도 9b에 도시한 예측형상(1a)을 후술한 바와같이, 자연진동수 및 자연진동모드를 산출한 결과와 함께 출력한다. 이와는 달리 예측형상(1a)만을 출력할 수도 있다. 스텝S2는 청구범위에서 예측형상 산출유니트에 해당한다.

다음에, 스텝S3에서, 스텝S2에서 산출된 예측형상(1a)을 자연진동수 및 자연진동모드를 산출한다. 산출처리공정에서는 상기 수학식16이 사용된다. 또, 스텝S4에서 도 9c에 도시한 바와 같이, 예측형상(1a), 스텝S2, S3에서 산출한 자연진동수 및 자연진동모드를 표시장치(23)에 출력한다. 도 9c의 점선(1b) 및 파선(1c)으로 표시한 바와 같이 자연진동수및 자연진동모드를 출력한 결과에 산출된 자연진동수, 특히 그 최대 진폭값으로부터 예측되는 배선하니스의 파형 정보를 추가하는 것이 바람직하다. 이러한 출력결과에 의해 배선하니스가 소정의 구속조건을 만족하면서 진동에 의해 여러 가지 장애물에 간섭받지 않는가의 여부를 직관적으로 파악할 수 있다. 이러한 목적을 위해, 예측형상(1a), 자연진동수 및 자연진동모드를 출력한 결과와 함께, 표시장치(23)에 여러 가지 장애물을 출력할 수도 있다. 또, 구체적인 수치에 의해 자연진동수 및 자연진동 모드를 출력할 수도 있다. 이것에 의해 차량의 엔진 등에 의한 진동원과 진동진동수와의 비교를 용이하게 할 수 있고, 공진현상을 효과적으로 방지할 수 있다. 또한, 스텝S3은 청구범위에서 자연진동수 산출유니트 및 자연진동 모드 산출유니트에 해당한다. 또, 스텝S4에서의 자연진동수 및 자연진동모드의 출력공정은 청구범위에서 제1출력유니트 및 제2출력유니트에 해당된다.

스텝S5에서 소정의 마무리 트리거의 존재여부를 판정하여, 마무리트리거가 존재하지 않을 경우, 동작은 스텝S6으로 진행한다(스텝S5의 N). 그리고, 마무리 트리거가 있을 때는 일련의 처리공정을 완료한다(스텝S5의 Y). 또, 마무리 트리거는 예를들어 입력장치(22)의 키보드 등의 동작을 통해 이루어진다.

스텝S6에서, 여러 가지 장애물이나 진동에 의한 공진현상에 간섭을 받는 상태를 고려하여 스텝S1에서 설정된 각 값을 변경하여 재설정한다. 즉, 진동원의 영향으로 공진이 발생하지 않도록 구속조건, 형상특성, 물질특성을 변경한다. 다음에, 스텝S7에서, 표시장치(23)에 현재의 예측형상(1a)을 소거한 후 동작을 스텝S2로 이동한다. 또, 스텝S2 내지 스텝S4에서, 유한요소법을 이용하여 예측형상, 자연진동수 및 자연진동모드를 산출하는 공정과 그 결과를 출력하는 공정을 스텝S5에서 마무리 트리거가 있을 때까지 설정값을 변경하면서 실행한다.

또, 스텝S5에서 마무리 트리거가 있을 때 도 9b에 도시한 바와 같이 배선 하니스의 최종예측형상(1a)만을 출력할 수도 있다.

이러한 방법으로 본 실시예에 따라서 배선하니스의 예측형상,진동에 의한 영향을 통합작업을 하기 전에 미리 알 수 있다. 특히,엔진 진동, 주행진동 등은 차량에서 빈번히 생성되므로 본 실시예는 진동 및 공진현상이 발생하지 않는 배선하니스를 설계하는데 매우 효과적이 된다. 그 결과, 숙련기술자에 의존하지 않고도 짧은 시간에 배선하니스의 최적 배선설계를 쉽고도 정밀하게 행할 수 있다. 또한, 자연적으로 배선하니스를 원형단면의 탄성체이면서 다수의 선형성을 유지하는 빔 요소와 결합한 것으로 간주하여 유한요소법을 적용할 수 있고, 보다 높은 정밀성을 갖는 형상예측을 실현할 수 있다.

또, 본 발명의 방법 및 장치는 차량에 설치되는 배선하니스에 국한하지 않으며, 진동이 발생하는 여러 가지 장치에 설치되는 배선하니스에도 유사하게 적용할 수 있다. 또, 공진현상을 방지하기 위해 상기 실시예에 설명한 방법 외에도 큰 댐핑(damping : 진동을 흡수하여 억제함을 의미)으로 진동을 억제할 수도 있다.

본 발명에 따르면, 다수의 띠부재편으로 구성된 배선하니스를 원형단면을 가지면서 다수의 선형성을 유지하는 빔 요소와 결합한 탄성체로 간주한다. 또, 배선구조의 형상특성, 물질특성, 구속조건에 관한 정보가 유한요소법에 부여되어 평형상태의 예측형상을 산출한다. 또한, 산출된 예측형상을 위한 별도의 진동에 대한 특성값, 즉 자연진동수 및 자연진동모드를 또한 산출하여 그 산출결과를 출력한다. 따라서, 배선구조가 부착된 대상물에 진동이 발생할 때의 공진현상을 통합작업을 행하기 전에 미리 알 수 있다. 그 결과, 숙력된 설계자에 의존하지 않고도 배선구조의 정밀배선설계를 용이하고도 정밀하게 행할 수 있다.

또, 본 발명은 차량에 설치되는 배선하니스에 적용하며, 여기서 구속조건 배선구조를 구성하는 다수의 빔 요소의 각 정점좌표와 각 정점에서의 자유도로 구성되고, 형상특성은 단면적, 배선구조의 빔요소의 길이에 의해 구성되며, 물질특성은 빔요소의 관성모멘트, 극성관성 모멘트, 밀도, 종방향 탄성계수, 횡방향 탄성계수로 구성된다. 따라서, 배선하니스에 대해 매우 현실적인 설계 시뮬레이션을 얻을 수 있다. 특히, 차량에서는 엔진의 진동, 주행 상의 진동 등이 매우 빈번히 발생하므로, 본 발명을 여기에 적용할 때 진동에 대한 공진을 발생하지 않는 배선하니스를 매우 효과적으로 설계할 수 있는 것이다.

본 발명에 따르면, 다수의 띠부재 편으로 구성되는 배선구조의 배선에 대해서 예측형상을 산출하게 되므로 배선구조의 최적 배선설계를 지원하게 되며, 예측형상의 진동 에 대한 특성값을 분석하여 그 결과를 출력하므로, 배선구조에 결합되는 대상물에서 진동이 발생할 경우 공진현상을 통합작업을 행하기 전에 미리 알 수 있다. 그 결과, 배선구조에 대한 정밀한 배선설계를 행할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 설계 대상이 되는 배선하니스의 전체형상을 나타내는 개략도.

도 2는 배선하니스의 대표적인 지지부재와 자유구속도 간의 관계를 나타내는 도면.

도 3a는 배선하니스의 외관을 나타내는도면.

도 3b는 도 3a의 배선하니스의 티지탈화 상태를 보여주는 도면.

도 3c는 빔 요소와 노드점에 의해 도 3a의 배선하니스를 나타내는 도면.

도 4는 빔 요소와 노드점에 의해 표현되는 배선하니스의 자유도를 설명하는 도면.

도 5a는 3개의 빔 요소에 의해 배선하니스를 표현하는 도면.

도 5b는 도 5a의 3개의 빔 요소를 결합하는 상태를 나타내는 도면.

도 6a는 관성 모멘트와 종방향 탄성계수를 측정하는 상태를 나타내는 도면.

도 6b는 극성 관성모멘트와 횡방향 탄성계수를 측정하는 상태를 나타내는 도면.

도 7은 일실시예에 따른 하드웨어 구성예를 나타내는 블록도.

도 8은 제1실시예에 따른 처리공정을 나타내는 흐름도.

도 9a 내지 도 9c는 도 8에 도시한 각 처리공정의 출력결과를 예시하는 도면.

Claims

다수의 띠부재 편으로 구성되는 배선구조를 선형성을 갖는 다수의 빔 요소가 상호 결합되는 동시에 원형단면을 갖는 탄성체로 간주하는 단계와;

특정 조건으로서, 배선구조의 형상특성, 물질특성 및 구속조건에 관한 정보를 유한요소법(Finite Element Method)에 적용하는 단계와;

상기 특정조건이 만족되도록 변위된 배선구조의 예측형상을 산출하는 단계와;

상기 산출된 예측형상을 위해 진동에 대한 특성값을 산출하는 단계와;

상기 산출된 예측형상 및 산출된 특성값을 출력하는 단계를;

구비하는 것을 특징으로 하는 배선구조의 배선설계 지원방법.
제1항에 있어서,

상기 특성값은 자연진동수와 자연진동모드 중 최소한 하나이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 배선구조의 배선설계 지원방법.
제1항에 있어서,

상기 배선구조는 차량에 배선되는 배선하니스이고,

상기 구속조건은 다수의 빔 요소의 각 정점좌표와 각 정점에서의 자유도에 의해 규정되며,

형상특성은 배선구조의 빔 요소의 단면적 및 길이에 의해 규정되고,

물질특성은 빔 요소의 관성 모멘트, 극성 관성모멘트, 밀도, 종방향 탄성계수, 횡방향 탄성계수에 의해 규정되는 것을 특징으로 하는 배선구조의 배선설계 지원방법.
다수의 띠부재 편으로 구성되는 배선구조에 관한 예측형상을 산출하여 배선구조의 배선설계를 지원하는 방법으로서,

예측형상을 위해 진동에 대해 특성값을 분석하는 단계와;

그 분석결과를 출력하는 단계를;

구비하는 것을 특징으로 하는 배선구조의 배선설계 지원방법.
다수의 띠부재 편으로 구성되는 배선구조를 선형성을 갖는 다수의 빔 요소가 상호 결합되는 동시에 원형단면을 갖는 탄성체로 간주하고, 유한요소법(Finite Element Method)을 이용하여 특정 조건을 만족하는 배선구조의 형상을 예측하는 배선구조의 배선설계 지원장치로서,

특정조건으로서 배선구조의 형상특성, 물질특성 및 구속조건에 관한 정보를 설정하는 설정유니트와;

유한요소법에 상기 특정 조건을 부여하여 상기 특정 조건들이 만족되도록 변위된 배선구조의 예측형상을 산출하는 예측형상 산출유니트와;

이 예측형상 산출유니트에 의해 산출된 예측형상에 대해 자연진동수를 산출하는 자연진동수 산출유니트와;

산출된 예측형상 및 산출된 자연진동수를 출력하는 제1출력유니트를;

구비하는 것을 특징으로 하는 배선구조의 배선설계 지원장치.
제5항에 있어서,

상기 예측형상 산출유니트에 의해 산출된 예측형상에 대해 자연진동모드를 산출하기 위한 자연진동모드 산출유니트와;

상기 산출된 예측형상과 산출된 자연진동모드를 출력하기 위한 제2출력유니트를; 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배선구조의 배선설계 지원장치.
다수의 띠부재 편으로 구성되는 배선구조를 선형성을 갖는 다수의 빔 요소가 상호 결합되는 동시에 원형단면을 갖는 탄성체로 간주하고, 유한요소법(Finite Element Method)을 이용하여 특정 조건을 만족하는 배선구조의 형상을 예측하는 배선구조의 배선설계 지원장치로서,

특정조건으로서 배선구조의 형상특성, 물질특성 및 구속조건에 관한 정보를 설정하는 설정유니트와;

유한요소법에 상기 특정 조건을 부여하여 상기 특정 조건들이 만족되도록 변위된 배선구조의 예측형상을 산출하는 예측형상 산출유니트와;

상기 예측형상 산출유니트에 의해 산출된 예측형상에 대해 자연진동모드를 산출하기 위한 자연진동모드 산출유니트와;

상기 산출된 예측형상과 산출된 자연진동모드를 출력하기 위한 출력유니트를;

구비하는 것을 특징으로 하는 배선구조의 배선설계 지원장치.
다수의 띠부재 편으로 구성되는 배선구조를 선형성을 갖는 다수의 빔 요소가 상호 결합되는 동시에 원형단면을 갖는 탄성체로 간주하고, 유한요소법(Finite Element Method)을 이용하여 특정 조건을 만족하는 배선구조의 형상을 예측하는 배선구조의 배선설계 지원장치로서 컴퓨터가 기능하도록 작용하는 프로그램을 저정한 기록매체로서, 상기 프로그램이 컴퓨터에게 작용하도록 하는 기능은

특정조건으로서 배선구조의 형상특성, 물질특성 및 구속조건에 관한 정보를 설정하는 설정유니트와;

유한요소법에 상기 특정 조건을 부여하여 상기 특정 조건들이 만족되도록 변위된 배선구조의 예측형상을 산출하는 예측형상 산출유니트와;

이 예측형상 산출유니트에 의해 산출된 예측형상에 대해 자연진동수를 산출하는 자연진동수 산출유니트와;

산출된 예측형상 및 산출된 자연진동수를 출력하는 출력유니트를;

구비하는 것을 특징으로 하는 기록매체