特開 2015-87264 インパクタモデルおよび衝撃解析シミュレーション方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2015-87264(P2015-87264A)

(43)【公開日】2015年5月7日

(54)【発明の名称】インパクタモデルおよび衝撃解析シミュレーション方法

(51)【国際特許分類】

   G01M 7/08 20060101AFI20150410BHJP

   G01M 17/007 20060101ALI20150410BHJP

【ＦＩ】

   G01M7/00 H

   G01M17/00 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2013-226139(P2013-226139)

(22)【出願日】2013年10月31日

(71)【出願人】

【識別番号】301069030

【氏名又は名称】株式会社トヨタ車体研究所

(74)【代理人】

【識別番号】100133271

【弁理士】

【氏名又は名称】東 和博

(72)【発明者】

【氏名】福田 忠良

(72)【発明者】

【氏名】馬場園 正

(57)【要約】      （修正有）

【課題】打撃の入力による衝撃の解析に用いるインパクタモデルと衝撃解析シミュレーション方法を提供する。
【解決手段】インパクタモデルは、角速度の入力により回転軸周りに試験対象品モデルの打撃方向に回転する回転本体部モデル110と、回転本体部モデルの回転運動に伴って試験対象品モデルに回転打撃を入力するヘッドフォーム部モデル120と、ヘッドフォーム部モデルに生じる加速度を算出する加速度算出要素モデルを備える。衝撃解析シミュレーション方法は、試験対象品モデルを設定するステップと、インパクタモデル100を設定するステップと、インパクタモデルの回転打撃条件を設定するステップと、角速度の入力によりインパクタモデルを回転させ、試験対象品モデルに回転打撃を入力する衝撃シミュレーションを行うステップと、衝撃シミュレーションで加速度算出要素モデルにより加速度を取得するステップを含む。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転軸を備え、試験対象品モデルに対し、角速度の入力により回転軸周りに試験対象品モデルへ向けて回転可能な回転本体部モデルと、
回転本体部モデルの回転軸から離間する位置に設定され、回転本体部モデルの回転動作に伴って試験対象品モデルに回転打撃を入力可能なヘッドフォーム部モデルと、
回転打撃の入力によりヘッドフォーム部モデルに生じる加速度を算出する加速度算出要素モデルを備える、ことを特徴とするインパクタモデル。

【請求項2】

加速度算出要素モデルが、ヘッドフォーム部モデルの安定部位に設定されていることを特徴とする、請求項１記載のインパクタモデル。

【請求項3】

加速度算出要素モデルが、ヘッドフォーム部モデルの安定部位であって、中空であるが一定の厚みを持つソリッドモデル部位の内面に設定されていることを特徴とする、請求項１又は請求項２記載のインパクタモデル。

【請求項4】

回転本体部モデルの一端にカウンターウェイトモデルが設定されていることを特徴とする、請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載のインパクタモデル。

【請求項5】

回転本体部モデルの回転軸とヘッドフォーム部モデルの間に質量を任意に付加設定可能な重心位置が設定されていることを特徴とする、請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載のインパクタモデル。

【請求項6】

試験対象品モデルを設定するステップと、
回転軸を備える回転本体部モデルと、回転本体部モデルの回転運動に伴って試験対象品モデルに回転打撃を入力するヘッドフォーム部モデルと、回転打撃の入力によりヘッドフォーム部モデルに生じる加速度を算出する加速度算出要素モデルを備えるインパクタモデルを設定するステップと、
インパクタモデルに回転打撃条件を設定するステップと、
角速度の入力により回転軸周りにインパクタモデルを回転させ、試験対象品モデルに回転打撃を入力する衝撃シミュレーションを行うステップと、
衝撃シミュレーションにおいて加速度算出要素モデルにより算出された加速度を取得するステップを含む、ことを特徴とする衝撃解析シミュレーション方法。

【請求項7】

試験対象品モデルを構成する材料特性の異なる複数の部品モデルを設定するステップをさらに含むことを特徴とする請求項６記載の衝撃解析シミュレーション方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、コンピュータを用いて回転打撃の入力による衝撃解析を行うためのインパクタモデルと、同インパクタモデルを用いて行う衝撃解析シミュレーション方法に関する。

【背景技術】

【0002】

乗員や歩行者に対する車両の安全性が要求される中、車両の衝突安全試験や歩行者の保護試験は重要な試験に位置付けられている。前者の衝突安全試験に関する主要な衝突安全性能基準として米国連邦安全基準（ＦＭＶＳＳ）や欧州安全基準（ＥＣＥ／加盟国に日本含む）等が制定されている。これらの安全基準には自動車の各部位に応じてさまざまな評価規格が定められている。

【0003】

図９は、歩行者の保護試験を示している。同試験には打撃インパクタが用いられる。同図に示すように、打撃インパクタ１は図示しない射出機に取り付けられ、射出機から油圧、空気圧、スプリング等の瞬発力により試験車両（実車）２のフード等に向けて直線的に打ち出され、試験車両２のフード等に直線打撃を与えるようになっている。図１０に打撃インパクタ１の構造例を示す。同図に示す打撃インパクタ１は、外周面に合成樹脂材よりなるスキン３が施された軽金属による肉厚の球体部４と、球体部４の底面にボルトによって固定されたエンドプレート５と、球体部４の空洞内にエンドプレート５の内面に支持された加速度計６を備えた構造をしており、内蔵の加速度計６により衝突時の減速度を算出することによって、衝突時の衝撃の大きさを評価するようになっている。上記打撃インパクタの例が特許文献１に開示されている。

【0004】

図１１は、自動車の室内フロント側に配置されるインストルメントパネル（試験対象品）の衝撃試験（実車評価）の様子を示している。同試験では、打撃インパクタ１０が試験機（図示せず）に回転自在に支持されており、同打撃インパクタ１０を試験車両のインストルメントパネル１１に衝突させて回転打撃を与えることにより、打撃インパクタ１０のヘッドフォーム部１２に内蔵された加速度センサー（図示せず）により衝突時の減速度を算出し、衝突時の衝撃の大きさを評価するようになっている。インストルメントパネルの衝撃評価は上記安全基準（ＦＭＶＳＳ２０１、ＥＣＥ２１）に定められている。図１１の打撃インパクタ１０において、符号Ｏ_０は回転軸（回転中心）、符号Ｒは回転方向、符号Ｇ_０は重心位置を示す。

【0005】

多くのメーカーは、設計時にＣＡＤ、ＣＡＥと呼ばれるコンピュータ支援設計により構造や形状、材料を事前検討し、金型を製作して車体のボディやパネルを試作し、実車での衝撃試験を行い、乗員や歩行者に対する衝突安全性能を評価している。このため、ボディやパネルの試作、衝突安全性能の評価に多大な工数と費用を要しており、衝突安全性能が十分でない場合には、ボディやパネルの設計変更、金型修正、試作、衝撃試験の各工程を繰り返し実施しなければならず、開発費用が多大となりまた開発期間も長くなるという問題があった。

【0006】

これに対して、近年、車両の衝突安全試験に替えて、コンピュータを用いた数値解析（シミュレーション）によって衝突安全性能を評価する試みがなされている。特許文献２にその例を示す。特許文献２は、樹脂成型品の衝撃解析方法に関するもので、コンピュータ上で樹脂部品モデルに打撃インパクタで直線打撃を与え、樹脂部品モデルに生じる破断塑性歪により樹脂破断を判定するもので、数値解析により事前に衝撃試験の結果を予測し、事前に樹脂部品の形状変更等を行うことで製品開発のコスト削減と期間短縮化を図ることが期待できる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２００４−９３５１６号公報

【特許文献2】特許４９２７２６３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

しかしながら、上記特許文献２の例は、樹脂部品モデルに打撃インパクタで直線打撃を与えるシミュレーションであって、回転打撃を与えるシミュレーションではない。すなわち、これまで回転運動による打撃入力を伴う衝撃試験に対しては数値解析による評価がこれまで行われてこなかった。一方、車両のインストルメントパネルは多種類（例えば５種類以上）の樹脂部品だけでなく、樹脂部品に金属部品や金具が組み付けられて全体が構成されている。しかしながら、上記特許文献２の例は、単一の樹脂部品を対象とすることから、金属部品を含む複合材料部品の試験モデルに対しては必ずしも実車試験の評価に適合し得えないという問題がある。

【0009】

本発明は上記課題に鑑みてなされたもので、回転運動を伴う打撃の入力による衝撃の解析に用いるインパクタモデルを提供すること、また、同インパクタモデルを用いて衝撃解析を行う衝撃解析シミュレーション方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上記課題を解決するために、本発明に係るインパクタモデルは、
回転軸を備え、試験対象品モデルに対し、角速度の入力により回転軸周りに試験対象品モデルへ向けて回転可能な回転本体部モデルと、
回転本体部モデルの回転軸から離間する位置に設定され、回転本体部モデルの回転動作に伴って試験対象品モデルに回転打撃を入力可能なヘッドフォーム部モデルと、
回転打撃の入力によりヘッドフォーム部モデルに生じる加速度を算出する加速度算出要素モデルを備える、
ことを主要な特徴とする。

【0011】

本発明に係るインパクタモデルは、加速度算出要素モデルが、ヘッドフォーム部モデルの安定部位に設定されていることを第２の特徴とする。

【0012】

本発明に係るインパクタモデルは、加速度算出要素モデルが、ヘッドフォーム部モデルの安定部位であって、中空であるが一定の厚みを持つソリッドモデル部位の内面に設定されていることを第３の特徴とする。

【0013】

ここで、ヘッドフォーム部モデルの安定部位とは、回転打撃の入力時に、加速度算出要素モデルが設定された節点が剛体に近似した弾性挙動を示す部位を指す。すなわち、三軸（ＸＹＺ）方向に節点が接合されたヘッドフォーム部モデル内のソリッドモデル部位の節点に加速度算出要素モデルが設定され、回転打撃の入力時に、加速度算出要素モデルが設定された節点と三軸方向に接合された節点どうしがほぼ剛体となって、回転打撃の入力（衝突）による弾性挙動が極力小さく、したがって、設定された加速度算出要素モデルが安定する。

【0014】

本発明に係るインパクタモデルは、回転本体部モデルの一端にカウンターウェイトモデルが設定されていることを第４の特徴とする。

【0015】

本発明に係るインパクタモデルは、回転本体部モデルの回転軸とヘッドフォーム部モデルの間に質量を任意に付加設定可能な重心位置が設定されていることを第５の特徴とする。

【0016】

本発明に係る衝撃解析シミュレーション方法は、
試験対象品モデルを設定するステップと、
回転軸を備える回転本体部モデルと、回転本体部モデルの回転運動に伴って試験対象品モデルに回転打撃を入力するヘッドフォーム部モデルと、回転打撃の入力によりヘッドフォーム部モデルに生じる加速度を算出する加速度算出要素モデルを備えるインパクタモデルを設定するステップと、
インパクタモデルに回転打撃条件を設定するステップと、
角速度の入力により回転軸周りにインパクタモデルを回転させ、試験対象品モデルに回転打撃を入力する衝撃シミュレーションを行うステップと、
衝撃シミュレーションにおいて加速度算出要素モデルにより算出された加速度を取得するステップを含むことを主要な特徴とする。

【0017】

本発明に係る衝撃解析シミュレーション方法は、試験対象品モデルを構成する材料特性の異なる複数の部品モデルを設定するステップをさらに含むことを第２の特徴とする。

【発明の効果】

【0018】

以上説明したように、本発明に係るインパクタモデルを用いることにより、回転運動を伴う打撃の入力による衝撃評価試験をコンピュータ上で精度良く繰り返し再現し、衝撃解析を行うことができるという優れた効果を奏する。

【0019】

また、本発明に係る衝撃解析シミュレーション方法によれば、同方法を用いることにより、回転運動を伴う打撃の入力による衝撃評価試験の対象となる製品や部品について、その開発費用の大幅低減や開発期間の短縮化を図ることができるという優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】本発明に係るインパクタモデルの一例を示す斜視図、

【図2】図１に示すインパクタモデルのヘッドフォーム部の断面を示す要部拡大斜視図、

【図3】図１に示すインパクタモデルの回転運動を示す説明図、

【図4】インストルメントパネルモデルを構成する各部品モデルを示す斜視図、

【図5】本発明に係るインパクタモデルをインストルメントパネルモデルに衝突させる様子を示す全体斜視図、

【図6】本発明に係る衝撃解析シミュレーションの手順を示すフロー図、

【図7】実車のインストルメントパネルの各材料の応力−歪線図、

【図8】本発明のシミュレーションによる解析結果と、実車の評価試験の実測結果を示すグラフ、

【図9】実車の歩行者保護試験を示す説明図、

【図10】図９に示す歩行者保護試験に用いる打撃インパクタの断面図、

【図11】実車のインストルメントパネルの衝撃試験を示す説明図である。

【発明を実施するための最良の形態】

【0021】

本発明を実施するための一実施形態を、図面を参照しながら説明する。図１において、符号１００は本発明に係る衝撃解析用のインパクタモデルを示している。

【0022】

まず、インパクタモデル１００について説明すると、本実施形態において、インパクタモデル１００は、試験対象品モデルに対し、回転運動を伴う打撃（以下、「回転打撃」という。）を入力するもので、図１および図２に示すように、回転本体部モデル１１０とヘッドフォーム部モデル１２０と加速度算出要素モデル１３０とカウンターウェイトモデル１４０を備えている。かかるインパクタモデル１００は、回転軸（Ｏ_１）周りに回転本体部モデル１１０を回転させて、試験対象品モデルにヘッドフォーム部モデル１２０による回転打撃を入力するように設定されている。

【0023】

回転本体部モデル１１０は所定長のアーム状の形状をもち、一端に回転軸（Ｏ_１）を備えている。ヘッドフォーム部モデル１２０は中空の半球形状をもち、図３に示すように、回転本体部モデル１１０の回転軸（Ｏ_１）とは重心（Ｇ_１）位置を挟んで反対側の他端に取り付け部モデル１１１を介して回転方向（Ｒ）下側に固定状態（拘束状態）に配置されている。

【0024】

加速度算出要素モデル１３０は、図２に示すように、ヘッドフォーム部モデル１２０の安定部位、すなわち、一定の厚みを持たせた球形部モデル１２１の内面のソリッドモデル部位の内面に設定されている。ここで、ヘッドフォーム部モデル１２０の安定部位とは、回転打撃の入力時に、加速度算出要素モデル１３０が設定された節点が剛体に近似した弾性挙動を示す安定部位を指す。すなわち、三軸（ＸＹＺ）方向に節点が接合されたヘッドフォーム部モデル１２０内のソリッドモデル部位において、回転打撃の入力時に、加速度算出要素モデル１３０が設定された節点と三軸方向に接合された節点どうしがほぼ剛体となって、回転打撃の入力（衝突）による弾性挙動が極力小さくなり、したがって、設定された加速度算出要素モデル１３０が安定する。

【0025】

カウンターウェイトモデル１４０は、インパクタモデル１００の重心Ｇ_１（図３参照）に掛かる総質量を実車試験の打撃インパクタの総質量と等価となるように調整するもので、ヘッドフォーム部モデル１２０の近傍に設定されている。

【0026】

次に、試験対象品モデルについて説明すると、本実施形態において、試験対象品モデルの一例としてインストルメントパネルモデル２００が設定されている。インストルメントパネルモデル２００は、図４および図５に示すように、インストルメントパネル本体モデル２１０にインストルメントパネルリーンフォース（取り付けブラケットを含む）モデル２２０を組み合わせた複数の部品モデルから構成されている。インストルメントパネル本体モデル２１０は多種類の樹脂材料（ＡＢＳ樹脂、ポリプロピレン、ポリスチレン等）からなる樹脂部品モデルとして設定され、インストルメントパネルリーンフォースモデル２２０は金属材料からなる板金部品モデルとして設定されている。すなわち、インストルメントパネルモデル２００は、これら材料の異なる複数の部品モデルから設定されている。

【0027】

次に、コンピュータ上で上記試験対象品モデル、インパクタモデルを設定し、衝撃解析のシミュレーションを実行する手順について図６等を参照しながら説明する。なお、以下に具体的に記述する条件や設定値は、本発明の実施の形態を説明するための一例であって、本発明はこれに限定されない。

【0028】

（Ｓ１）試験対象品モデルを設定するステップ
（Ｓ１−１）材料物性の測定
実車の評価試験に用いるインストルメントパネル１１（図１１参照）は、樹脂製のインストルメントパネル本体と、板金製のインストルメントパネルリーンフォースと、同じく板金製の取り付けブラケットの各部品から組み合わされている。まず、インストルメントパネル１１に使用される各部品（樹脂部品、板金部品）の材料試験片を引っ張り試験機を用いて引っ張り試験を行い、引っ張り速度毎の応力−歪線図、ヤング率、ポアソン比を測定する。図７に使用材料の応力−歪線図の一例を示す。また、インストルメントパネル本体のヤング率は１６００Ｍｐａ、ポアソン比は０．３、インストルメントパネルリーンフォース（取り付けブラケットを含む）のヤング率は２０５０００Ｍｐａ、ポアソン比は、０．３である。

【0029】

（Ｓ１−２）各部品モデルの設定
次に、各部品の形状データをコンピュータに入力し、試験対象品モデルの各部品モデル、すなわち、図４に示すインストルメントパネル本体モデル２１０、インストルメントパネルリーンフォースモデル２２０を設定する。具体的にはコンピュータに入力した各部品の形状データの各要素を三角形要素や四角形要素などのシェル要素あるいは六面体要素や四面体要素などのソリッド要素からなる有限要素にメッシュ分割し、コンピュータで計算可能な数値データとして設定する。

【0030】

（Ｓ１−３）材料特性の付与
次に、各部品について上記測定により取得した材料特性（（応力−歪線図、ヤング率、ポアソン比）を、速度依存の特性値に変換して、各部品モデル、すなわち、インストルメントパネル本体モデル２１０、インストルメントパネルリーンフォースモデル２２０のそれぞれの属性として付与する。
（Ｓ１−４）各部品モデルのアッセンブリ
次に、図４に示す各部品モデル、すなわち、インストルメントパネル本体モデル２１０、インストルメントパネルリーンフォースモデル２２０を、インストルメントパネルにおける各部品の組み合わせ状態と一致するようにコンピュータ上で互いに位置合わせし、インストルメントパネルモデル２００として設定する。

【0031】

（Ｓ１−５）拘束条件、接触可能条件の付与
次に、上記インストルメントパネル１２における各部品は、回転打撃入力時に部品どうしが互いに拘束しあう箇所、また、回転打撃入力を受けて部品間の隙間を塞ぐように部品どうしが互いに接触する箇所が存在する。回転打撃入力時の挙動に適合するようにインストルメントパネルモデル２００に拘束条件と接触条件を設定する。

【0032】

まず、前者の拘束条件について説明すると、上記インストルメントパネル１２は、部品どうしが若干の隙間を形成したまま爪と穴等により互いに組み付けられて剛体接合されている。このため、インストルメントパネルモデル２００では、前記剛体接合を実現するため、拘束条件として、各部品モデルにおける剛体接合の対象となる節点について、３軸方向（ＸＹＺ方向）に変位および３軸回りに回転しないように拘束する。また、後者の接触条件について説明すると、打撃入力を受けて部品間の隙間（例えば３ｍｍ）を塞ぐようにして部品どうしが互いに接触する箇所が存在する。このため、インストルメントパネルモデル２００では、接触条件として、各部品モデルにおける接触対象となる節点について、打撃入力を受けて荷重がかかる方向に設定距離（例えば３ｍｍ）だけ各節点が移動できるように設定する。かかる拘束条件と接触条件の要素はインストルメントパネルモデル２００の属性として付与する。

【0033】

（Ｓ１−６）打撃箇所の設定
次に、実車の評価試験に用いるインストルメントパネル１１にあわせて、打撃箇所が一致するように、インストルメントパネルモデル２００に打撃箇所を設定する。この打撃箇所の要素はインストルメントパネルモデル２００の属性として付与する。

【0034】

（Ｓ２）インパクタモデルを設定するステップ
次に、上記のようにして設定されたインストルメントパネル２００に対し、インパクタモデル１００を設定する。インパクタモデル１００は、回転本体部モデル１１０とヘッドフォーム部モデル１２０と加速度算出要素モデル１３０とカウンターウェイトモデル１４０を備えている。図１１に示す実車の評価試験に用いる打撃インパクタ１０は、試験機の一部に所定長の回転本体部１０ａが回転可能に支持され、回転本体部１０ａの回転軸（Ｏ_０）と重心（Ｇ_０）を挟んで反対側の回転方向（Ｒ）下側に図示しない取り付け部を介して中空で一定の厚みをもつ半球形状のヘッドフォーム部１２が図示しないカウンターウェイトと共に取り付け固定されており、ヘッドフォーム部１２の内部に加速度計（図示せず）が設置されている。

【0035】

まず、前記の回転本体部１０ａ、取り付け部、ヘッドフォーム部１２、カウンターウェイトの形状データをコンピュータに入力し、回転本体部モデル１１０、取り付け部モデル１１１、ヘッドフォーム部モデル１２０、カウンターウェイトモデル１４０を設定する。具体的にはコンピュータに入力した各部位の形状データの各要素を三角形要素や四角形要素などのシェル要素あるいは六面体要素や四面体要素などのソリッド要素からなる有限要素にメッシュ分割し、コンピュータで計算可能な数値データとして設定する。さらに加速度計の要素として、加速度算出要素モデル１３０をコンピュータで計算可能な要素として設定する。打撃入力時の加速度（減速度）はインパクタモデル１００に入力される角速度とインパクタモデルに掛かる等価荷重（総重量）により算出される入力値を解析ソフトで処理し、算出される。

【0036】

これら回転本体部モデル１１０、取り付け部モデル１１１、ヘッドフォーム部モデル１２０、カウンターウェイトモデル１４０を前記打撃インパクタ１０における各部品の組み合わせ状態と一致するようにコンピュータ上で互いに位置合わせし、さらに回転開始時から回転打撃時に至るまでこれらの各モデルが互いに拘束するように拘束条件を各節点に設定し、各部品モデルをインパクタモデル１００として拘束する。また、回転打撃時における各モデル内の接触条件を対象節点に設定する。加速度算出要素モデル１３０は、図２に示すように、ヘッドフォーム部モデル１２０の球形部モデル１２１の安定部位（頂部直下の内面）に位置決めし、各節点に拘束条件を設定して同位置に拘束する。

【0037】

なお、試験対象品モデルを設定するステップ（Ｓ１）と、インパクタモデルを設定するステップ（Ｓ２）は実行順序を逆にして行ってよく、また各ステップ（Ｓ１）（Ｓ２）を並列して行ってもよい。

【0038】

（Ｓ３）インパクタモデルの回転打撃条件を設定するステップ
次に、コンピュータ上で、インストルメントパネルモデル２００に対するインパクタモデル１００の回転打撃条件を設定する。インパクタモデル１００の回転打撃条件の設定には、インストルメントパネルモデル２００に対するインパクタモデル１００の位置条件の設定と、インパクタモデル１００の荷重条件および回転条件の設定が含まれる。実車の評価試験においては、試験機に回転自在に支持された打撃インパクタを試験品に向けて回転させ、打撃インパクタのヘッドフォーム部を試験品の打撃箇所に衝突させて回転打撃を与える。

【0039】

（Ｓ３−１）位置条件の付与
まず、インパクタモデル１００の位置条件として、インストルメントパネルモデル２００とインパクタモデル１００との相対的な位置関係を設定する。インパクタモデル１００の回転によりインストルメントパネルモデル２００の設定された打撃箇所（Ｐ_１）（図５参照）にヘッドフォーム部モデル１２０が衝突するように、両モデルを位置合わせする。具体的には、インストルメントパネル２００の打撃箇所（Ｐ_１）に対するインパクタモデル１００の回転軸（Ｏ_１）の相対位置を、実車の評価試験におけるインストルメントパネル１１の打撃箇所（Ｐ_０）（図１１参照）に対するインパクタ１０の回転軸（Ｏ_０）の相対位置と一致するように設定し、この回転軸（Ｏ_１）の要素はインパクタモデル１００の属性として付与する。

【0040】

（Ｓ３−２）荷重条件の付与
次に、インパクタモデル１００の荷重条件として、実車の評価試験におけるインパクタの総重量（Ｗ_０＝２２ｋｇ）と重心（Ｇ_０）に対し、インパクタモデル１００の重心（Ｇ_１）位置を合わせ、同重心（Ｇ_１）位置に作用するインパクタモデル１００の総重量（Ｗ_１）が等価（２２ｋｇ）となるように設定する（図３参照）。インパクタモデル１００の重心（Ｇ_１）位置および総重量（Ｗ_１）の各要素はインパクタモデル１００の属性として付与する。

【0041】

（Ｓ３−３）回転条件の付与
次に、インパクタモデル１００の回転条件として、図３に示すように、インパクタモデル１００を回転軸（Ｏ_１）周りの回転方向（Ｒ）への移動を許容し、それ以外の移動を拘束するように、回転本体部モデル１１０、ヘッドフォーム部モデル１２０、取り付け部モデル１１１、加速度算出要素モデル１３０の全ての節点に拘束条件を設定する。また、図１１に示す実車の評価試験におけるインパクタの角速度（Ｖ_０）と同じ角速度（Ｖ_１）をインパクタモデル１００に付与できるように設定する。入力される角速度（Ｖ_１）は任意に変更可能であり、インパクタモデル１００の属性として付与される。なお、インパクタモデル１００は、角速度（Ｖ_１）の入力により、回転軸（Ｏ_１）周りに回転し、インストルメントパネルモデル２００の打撃箇所（Ｐ_１）へ衝突するように設定される。インパクタモデル１００の回転開始位置は任意に設定できるが、計算時間の短縮化を図るため、打撃直前の位置、例えばインストルメントパネルモデル２００に設定された打撃箇所（Ｐ_１）から回転方向Ｒと反対方向に５度ないし１５度の角度だけ戻る位置）に設定する。

【0042】

（Ｓ４）試験対象品モデルに回転打撃を入力する衝撃シミュレーションを行うステップ
次に、有限要素法（ＦＥＭ）による解析が可能な衝撃解析ソフトを用いて、図３および図５に示すように、インパクタモデル１００を回転させてインストルメントパネルモデル２００に回転打撃を入力する衝撃シミュレーションを行う。すなわち、上記ステップ（Ｓ１）乃至（Ｓ３）で設定した各種解析条件、拘束条件等の下、角速度（例えばＶ_１＝８．０ｒａｄ／ｓ）の入力により、打撃直前の位置から、インパクタモデル１００を回転させてインストルメントパネル２００の打撃箇所（Ｐ_１）にヘッドフォーム部１２０を衝突させる。同時にヘッドフォーム部１２０内の安定部位に設定された加速度算出要素モデル１３０により、衝突時の減速度（加速度）を精度良く算出する。

【0043】

衝突時の減速度の解析処理は、アプリケーションソフトが設定した微小時間毎に時間ステップを刻みながら、逐次計算することで行われ、設定した所定の出力時間間隔毎に減速度を出力して記憶し、設定した所定の計算終了時間に達したら計算を終了する。

【0044】

（Ｓ５）衝撃シミュレーションから減速度を取得するステップ
次に、衝撃シミュレーションを行ったインストルメントパネルモデル２００から評価値として減速度データを取得するステップを行う。本ステップで得られる減速度データは、インストルメントパネルの設計開発において、多数種類の樹脂部品と板金部品の組み合わせ、各部品の形状変更、軽量化などの事前検討を行うために利用する。減速度データの評価値は、前記ステップ（Ｓ４）で予め設定され衝撃シミュレーションの中で出力されかつ記憶され、本ステップ（Ｓ５）で取得され、また出力装置上で可視化される。衝撃シミュレーションを繰り返し実行することができる。

【0045】

図８のグラフは、本発明のシミュレーション方法で得られる解析結果と、実車の評価試験における実測結果を示している。図８で横軸はヘッドフォーム部がインストルメントパネル試験品の打撃箇所に接触した時点を起点（０秒）とする経過時間（ｍＳ）を、縦軸は衝突による減速度（ｍｍ／Ｓ^２）を示している。同図によると、実車の評価試験では減速度の実測値が時間の経過と共に急上昇し、その後漸次低下してその後時間の経過とともに殆どゼロとなるが、本発明で得られる減速度の解析値でも時間の経過と共に急上昇し、その後漸次低下してその後時間の経過とともに殆どゼロとなっており、実車の評価試験の結果と良く一致している。このことから本発明のシミュレーション方法は、実車の評価試験を良く再現していることがわかる。

【0046】

上記の各ステップ（Ｓ１）〜（Ｓ５）の手順を含むシミュレーション方法を実施することでインストルメントパネルの衝撃評価試験の結果を精度良く再現し、予測することができる。

【0047】

以上のことから、本発明の回転打撃入力用のインパクタモデルを用いた衝撃解析シミュレーション方法によれば、回転打撃の入力による衝撃評価試験の結果を精度良く、しかも短時間に再現し、予測することができる。繰り返し再現して理解を深めることができる。この衝撃解析のシミュレーション結果を踏まえて対象品を開発することで、少ない試作回数で対象品を開発できるなど、開発費用の削減、開発期間の短縮化を発揮することができる。

【0048】

本実施形態によると、ヘッドフォーム部１２０内の厚みのある球形部モデル１２１の安定部位に加速度算出要素モデル１３０を設定したことにより、インストルメントパネルモデル２００の評価値としての減速度を精度良く算出することができた。

【0049】

以上の実施形態では、試験対象品モデルとして、車両のインストルメントパネルモデルの例を説明したが、これに限らない。例えば、バンパー、センターコンソール、ヘッドレスト等の各モデルに適用可能である。また、車両に限らず、振り子試験機、ロボット等、本発明のインパクタモデルによって回転打撃を入力する全ての試験対象品モデルに適用可能である。さらに、スポーツ分野において、野球やソフトボールのバット、ゴルフクラブ、テニスラケット等の各モデルがボールモデルを打撃する瞬間の加速度（減速度）を算出して、競技者の運動能力の向上、用具の開発に活用したり、医療分野で衝突事故による人体モデルへの影響解析にも活用することが期待できる。

【産業上の利用可能性】

【0050】

本発明は、回転打撃の入力による衝撃解析用のインパクタモデルとして、また同インパクタモデルを用いる衝撃解析シミュレーション方法として、それぞれ利用可能である。

【符号の説明】

【0051】

１，１０ 打撃インパクタ
２ 試験車両（実車）
３ スキン
４ 球体部
５ エンドプレート
６ 加速度計
１０ａ 回転本体部
１１ インストルメントパネル
１２ ヘッドフォーム部
１００ インパクタモデル
１１０ 回転本体部モデル
１１１ 取り付け部モデル
１２０ ヘッドフォーム部モデル
１２１ 球形部モデル
１３０ 加速度算出要素モデル
１４０ カウンターウェイトモデル
２００ インストルメントパネルモデル
２１０ インストルメントパネル本体モデル
２２０ インストルメントパネルリーンフォースモデル
Ｏ_０，Ｏ_１ 回転軸
Ｇ_０，Ｇ_１ 重心
Ｐ_０，Ｐ_１ 打撃箇所
Ｒ 回転方向
Ｖ_０，Ｖ_１ 角速度
Ｗ_１ 総重量

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】