JP3991766B2

JP3991766B2 - 線状材の可動範囲算出装置、方法およびプログラム

Info

Publication number: JP3991766B2
Application number: JP2002140936A
Authority: JP
Inventors: 由昭千葉; 康修鈴木; 隆司永田; 正信森田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2002-05-16
Filing date: 2002-05-16
Publication date: 2007-10-17
Anticipated expiration: 2022-05-16
Also published as: JP2003330982A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
２点の係止部で係止された線状材の可動範囲を算出する線状材可動範囲の算出に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車や家電製品などにおいては、電力供給や信号伝達のために多数の線状材（ケーブル）が使用される。この線状材をすべて独立して配置すると、個別のケーブルをそれぞれ独立して固定しなければならずその作業が繁雑であり、コストも高くなる。さらに、個別のワイヤについての引き回しが複雑になり、修理などの際に邪魔になる場合も多い。
【０００３】
そこで、通常の場合、まとめられるケーブルは複数本を１つの束にまとめ、これを表皮材で被覆したワイヤハーネス（Ｗ／Ｈ）とするのが一般的である。そして、このＷ／Ｈを所定の部分で係止材で本体に固定し、また必要な部分においてケーブルを分岐させている。
【０００４】
特に、自動車では、車体が大きいため、ケーブルの長さが長く、また多数の電装品が搭載されているため、ワイヤハーネスに束ねられるケーブルの本数も非常に多くなっている。
【０００５】
そこで、このワイヤハーネスのルート、係止点などの設計が重要なものになってきている。このワイヤハーネスの設計については、熟練した設計者が経験に基づき試作を行い、その評価を経て行うのが一般的である。しかし、このような設計では、効率の悪い場合も多く、また設計変更や異なる機種への適応力に欠ける。そこで、効率化および最適化を図るために、コンピュータを用いた設計手法を利用することも提案されている。例えば、特開２００１−２５０４３８号公報などに、コンピュータ支援設計（ＣＡＤ）によるワイヤハーネスの設計が示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ワイヤハーネスは、係止点間においては、所定の範囲で移動する。従って、この可動範囲を正確に把握することがワイヤハーネスの設計において重要となる。特に、ワイヤハーネスは、束ねたワイヤの本数や、係止点間の長さ、表皮材の種類など複数の因子によって可動範囲が変わる。従来例のＣＡＤにおいては、これらの因子を十分把握しておらず、正確なワイヤハーネス可動範囲を算出することができないという問題があった。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、ワイヤハーネス等の線状材の可動範囲を正確に算出できる線状材の可動範囲算出装置、方法およびプログラムを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、２点の係止部で係止された線状材の可動範囲を算出する線状材可動範囲算出装置であって、前記線状材の剛性と、線状材を２つの係止部で係止し、係止部間を結んだ直線に対し直角方向で最大長さとなる最大振幅を線状材の所定の複数点において実測した実測最大振幅量を格納する実測値格納手段と、線状材の長さと、線状材の係止部における係止方向とに基づいて、前記線状材を２点の前記係止部間で変形させた場合の前記線状材の可動範囲を算出する可動範囲算出手段と、前記可動範囲算出手段により算出された線状材の可動範囲の中で、前記実測値格納手段に格納されている前記所定の点と対応する場所での最大振幅量を求め、求めた最大振幅量と前記実測最大振幅量とを比較し、得られた比較結果から前記線状材の可動範囲を補正する補正手段と、を有することを特徴とする。
【０００９】
このように、本発明によれば、計算により求めた可動範囲における最大振幅量を実測最大振幅量と比較し、その比較結果に基づいて補正する。これによって、線状材の物理的性質やサイズなどを考慮することができ、実験の量を比較的少なくして各種のＷ／Ｈの可動範囲について効果的な算出が可能となる。
【００１０】
また、前記実測値最大振幅量は、係止部における線状材の係止方法と、線状材の種類および線状材の太さを因子として分類して格納されていることが好適である。
【００１１】
また、前記実測格納手段は、さらに係止部の２点間の長さと、線状材の長さを因子として分類して格納されていることが好適である。
【００１２】
最大振幅量の実測値が線状部材の係止方法や種類に従って記憶されているので、線状材の特性に応じた補正を行うことができる。
【００１３】
また、前記可動範囲算出手段は、前記係止部間で線状材の係止方向、長さおよび最小曲げ半径に基づいて変形させた複数の可動軌跡を算出し、前記係止部を結んだ直線と直交する面を該直線上での前記係止部からの距離により複数設けて、この面と前記複数の可動軌跡との交点を求め、同一面内での該交点の外周点列を面毎に求め、求められた複数の面毎の外周点列を結んで可動範囲を算出することが好適である。
【００１４】
また、前記線状材の剛性とは、線状材の最小曲げ半径であり、線状材の材質と太さにより求められることが好適である。
【００１５】
また、前記線状材は、複数の個別線状材を束ねて構成されており、前記線状材の種類とは、この複数の個別線状材を束ねた上に外装した表皮材の種類であることが好適である。
【００１６】
このように、線状材の特徴を反映させているので、実際の線状材の使用状態に合致した正しい可動範囲の算出が行える。
【００１７】
また、前記線状材はワイヤハーネスであることが好適である。
【００１８】
また、本発明は、２点の係止部で係止された線状材の可動範囲を算出する線状材可動範囲算出方法であって、前記線状材を２つの係止部で係止し、係止部間を結んだ直線に対し直角方向で最大長さとなる最大振幅を線状材の所定の複数点において実測した実測最大振幅量を格納し、前記線状材の剛性と、線状材の長さと、線状材の係止部における係止方向とに基づいて、前記線状材を２点の前記係止部間で変形させた場合の前記線状材の可動範囲を算出し、前記算出された線状材の可動範囲の中で、前記格納された実測最大振幅量から前記所定の点と対応する場所での最大振幅量を求め、求めた最大振幅量と前記実測最大振幅量とを比較し、得られた比較結果から前記線状材の可動範囲を補正し、線状材の可動範囲を求めることを特徴とする。
【００１９】
また、本発明は、２点の係止部で係止された線状材の可動範囲を算出する線状材可動範囲算出プログラムであって、コンピュータに、前記線状材の剛性と、線状材の長さと、線状材の係止部における係止方向とに基づいて、前記線状材を２点の前記係止部間で変形させた場合の前記線状材の可動範囲を算出させ、線状材を２つの係止部で係止し、係止部間を結んだ直線に対し直角方向で最大長さとなる最大振幅を線状材の所定の複数点において実測した実測最大振幅量を格納する実測値格納手段から、実測最大振幅量を読み出させ、前記可動範囲算出手段により算出された線状材の可動範囲の中で、前記所定の点と対応する場所での最大振幅量を求めさせ、求めた最大振幅量と前記読み出された実測最大振幅量とを比較し、得られた比較結果から前記線状材の可動範囲を補正させ、補正された可動範囲を算出させることを特徴とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。
【００２１】
まず、本発明に係る線状材の可動範囲算出装置は、基本的にコンピュータによって構成され、コンピュータが線状材の可動範囲算出用プログラムを実行することで線状材の可動範囲算出装置として機能する。
【００２２】
線状材として、車両におけるワイヤハーネス（Ｗ／Ｈ）を取り上げ、このＷ／Ｈの可動範囲の算出について、以下に説明する。
【００２３】
まず、基本的動作について、図１に基づいて説明する。まず、最小曲げ半径、最大振幅などについてのテーブルを作成する（Ｓ１１）。Ｗ／Ｈの外装種類、係止方法等の異なる複数種類のＷ／Ｈについて所定の条件で実験を行い得られたデータをまとめたデータをテーブルとして記憶することによって行う。
【００２４】
テーブルが作成された場合には、計算条件等の入力処理を行う（Ｓ１２）。これは、実際に計算対象となる線状材（Ｗ／Ｈ）についての条件の入力である。
【００２５】
計算条件の入力が終了した場合には、最小曲げ半径、最大振幅量の計算処理を実行する（Ｓ１３）。この最小曲げ半径、最大振幅量の計算は、Ｓ１１において作成したテーブルに記憶されている実測データに基づくものであり、直接適用できない場合には補間処理を行い算出する。すなわち、ここで算出されるのは、最小曲げ半径、最大振幅量についての実測値に基づく値である。
【００２６】
この実測値に基づく最小曲げ半径、最大振幅量の計算が終了した場合には、Ｗ／Ｈ可動軌跡曲線の定義処理を行う（Ｓ１４）。これは、Ｗ／Ｈの始点終点位置および始点終点の係止方向に基づき、曲線の可能な移動範囲を理論的計算により求めるものである。これによって、理論的に可能な軌跡曲線が計算される。
【００２７】
理論的な計算による軌跡曲線の計算が終了した場合には、最大振幅量補正処理を行う（Ｓ１５）。Ｓ１４で求めた軌跡における最大振幅と、Ｓ１３で求めた最大振幅とを比較し、両者の比を求め、この比に基づいてＳ１４の軌跡を補正することによって行う。
【００２８】
この補正処理が終了した場合には、Ｗ／Ｈの可動範囲面定義処理を行う（Ｓ１６）。この定義処理は、各カット面における外周点列を結んで閉じた曲線として認識し、これをカット断面毎に結んで可動範囲の外周面を定義する。
【００２９】
そして、Ｗ／Ｈ可動範囲面の出力処理を行う（Ｓ１７）。すなわち、この面をＩＧＥＳ形式や、ＳＴＬ形式などの適当な形式で出力する。
【００３０】
このようにして、本実施形態においては、計算で求めた可動範囲について、実測値に基づいて補正を行い、実際の可動範囲を算出する。このため、可動範囲について、正しい算出が可能となる。また、すべてを実験で行うのではなく、一定の実験から求めたテーブルを用意することで、各種のＷ／Ｈの可動範囲について計算処理を行うことができ、設計の効率化を図ることができる。
【００３１】
次に、上述の各工程について、個別に説明する。
【００３２】
まず、Ｓ１１のテーブルの作成について、図２に基づいて説明する。このテーブルの作成は、図２に示すように、最小曲げ半径対照表の作成（Ｓ２１）、最大振幅表の作成（Ｓ２２）、クランプ間ピッチ／ケーブル長変化率表作成（Ｓ２３）の順で行う。
【００３３】
ここで、Ｓ２１の対照表の作成について、図３に基づいて説明する。まず、実際のケーブルを折り曲げてみて、最もきつく折り曲げた時の半径から最小曲げ半径を測定する（Ｓ３１）。
【００３４】
次に、実験装置にケーブルを取り付けて、振幅を測定する（Ｓ３２）。実験装置は、例えば係止点間隔１８０ｍｍとし、この係止点間に長さが２００ｍｍとなるようにケーブルを装着する。そして、このケーブルを動かし、振幅Ｆを測定する。
【００３５】
次に、この振幅を測定した条件（例えば係止（クランプ）点間隔１８０ｍｍとし、この係止点間に長さが２００ｍｍ）で、Ｓ３１で測定した最小曲げ半径を与えて振幅Ｆ２を計算する（Ｓ３３）。
【００３６】
そして、最適な最小曲げ半径を、Ｒ＝Ｒ＋（Ｆ２−Ｆ）で算出する（Ｓ３４）。すなわち、Ｓ３１で求めた最小曲げ半径と実際に実験で測定した振幅Ｆにより補正して、実際に即した最適な最小曲げ半径を算出する。
【００３７】
次に、図４に示すように、最大振幅表を作成する。まず、実験装置（ベンチ）における固定条件（クランプ種類、太さ、外装種類）を決定する（Ｓ４１）。ケーブルのクランプ種類として、長穴バンド、丸穴バンド、長穴両袖、丸穴両袖、長穴片袖、丸穴片袖等があり、これらを順次選択する。また、ケーブルの外装種類としては、外装なし、荒巻、ハーフラップ、ＣＯＴ、Ｃ−ＶＯ（０．５ｍｍ）などを採用する。さらに、ケーブル太さについては、φ５、φ８、φ１１、φ１５などを採用する。なお、実験装置のクランプ間ピッチは、１８０ｍｍ、ケーブル長は２００ｍｍとする。
【００３８】
条件が決定された場合には、実験ベンチにケーブルを上記固定条件で固定し、最大振幅を測定する（Ｓ４２）。この試験を各クランプ種類、ケーブル太さ、外装種類について繰り返し行い、最大振幅表を作成する。
【００３９】
そして、各種の固定条件において、クランプ間ピッチとケーブル長の比を変更して、最大振幅量を測定する。これによってクランプ間ピッチ／ケーブル長の振幅対応表が得られる。例えば、クランプ間ピッチ１８０ｍｍ／ケーブル長１８０ｍｍ＝１として、ケーブル長を変更して、試験を行う。例えば、上述のクランプ間ピッチ１８０ｍｍ／ケーブル長２００ｍｍ＝０．９であり、このときの最大振幅長を１として、他の条件での振幅長を測定して、表を作成する。
【００４０】
このようにして、Ｓ１１における各種の条件における最小曲げ半径（実測値）、最大振幅（実測値）、クランプ間ピッチ／ケーブル長の振幅対応表についてのテーブルが得られる。このＳ１１の処理は、基本的には１度行えばよく、できあがったテーブルがコンピュータに記憶される。なお、必要に応じてテーブルを書き換えることが好適である。
【００４１】
次に、Ｓ１２の計算条件等の入力処理においては、例えば「プロダクト名：名称を入力する」「始点座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）：始点の３次元座標を入力する」「始点の係止方向（Ｘ，Ｙ，Ｚ）（２点指示）：係止方向を決定するため２点を入力する」「始点クランプ種類：長穴バンドなどクランプの種類を入力する」「終点座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）：終点の３次元座標を入力する」「終点係止方向（Ｘ，Ｙ，Ｚ）（２点指示）：係止方向を決定するため２点を入力する」「終点クランプ種類：終点のクランプの種類を入力する。この場合、始点と同じという入力も可能としている」「外装種類：どのような外装であるかを入力する」「ケーブル太さ：ケーブルの太さを入力する」「ケーブル長：始点終点間の距離を入力する」「ケーブル長公差：公差を入力する」の条件が入力される。これによって、これから計算しようとするＷ／Ｈが特定される。
【００４２】
Ｓ１３の最小曲げ半径、最大振幅の計算処理は、実測値に基づく、計算である。まず、最小曲げ半径の計算は、（ｉ）太さが最小曲げ半径対照表にある場合には、それを入力し、（ｉｉ）太さが最小曲げ半径対照表にない場合には、最小曲げ半径を最小自乗近似法により予測して採用する。また、最大振幅量の計算についても、（ｉ）太さが最大振幅量の表にある場合には、最大振幅量の表の値をそのまま最大持ち上げ量に入力し、（ｉｉ）太さが最大振幅量の表にない場合には、最大持ち上げ量を最小自乗近似法により予測して採用する。
【００４３】
このようにして、最小曲げ半径および最大振幅量Ｆ（最大持ち上げ量）が算出される。
【００４４】
次に、Ｓ１４においては、Ｗ／Ｈの可動軌跡を数学的理論によって、計算する。すなわち、一対の係止（クランプ）点が決定されており、ここにおける係止方向（クランプ点におけるケーブルの方向）が決定されている。このため、始点終点座標と始点終点での接線方向が決定される。そこで、始点終点からの線分について、予め決定されている位置について線分を持ち上げた場合のその線分の軌跡を計算する。ここで、Ｗ／Ｈの長さ、最小曲げ半径が決定されている。そこで、得られた軌跡について、長さ、最小曲げ半径をチェックし、問題がないものを軌跡として採用する。そして、この処理を始点終点間の複数の位置で順次行っていく。これによって、始点終点間における可能な軌跡がすべて計算される。
【００４５】
なお、Ｗ／Ｈののべ長さは、５次のルジャンドル多項式で求める。また、最小曲げ半径のチェックは、始点終点間の曲線を３次の多項式と仮定するとともに、始点終点における接線方向を規定し、得られた曲線の曲率半径が最小曲げ半径以下という条件をチェックすることによって行う。
【００４６】
Ｓ１５の最大振幅量補正処理は、図５に示すように、まずカット断面を定義する（Ｓ５１）。このカット断面は、始点終点間において所定の間隔で設ける。次に、Ｓ１４で理論的に求めた軌跡曲線とＳ５１で定義したカット断面との交点を求める（Ｓ５２）。次に、交点群から、外周点列を求める（Ｓ５３）。すなわち、（ｉ）３Ｄ断面形状を２Ｄへ変換し、（ｉｉ）２Ｄボロノイ図法を用いて、外周点列を抽出する。次に、得られた外周点列から最大振幅を計算する（Ｓ５４）。これは、（ｉ）外周点列から仮想の中心点を求め、（ｉｉ）振幅量を計算して求めることによって行う。
【００４７】
このようにして、各カット断面について、外周点列および振幅量が求まる。そして、計算により求めた最大の振幅量について、Ｓ１３で求めた実測における最大振幅と比較し、これを一致させる比率を計算する（Ｓ５５）。そして、各カット断面における外周点列を求められた比率で補正する。すなわち、求められた比率に基づいて、各カット断面内の外周点列を比例して補正する（Ｓ５６）。
【００４８】
Ｓ１６のＷ／Ｈ可動範囲面定義処理では、図６に示すように、断面毎に外周点の分布から円として定義可能かを調べる（Ｓ６１）。これは、仮想中心から仮想半径の±１ｍｍ以内に外周点が分布していれば円であると判定する。この判定で、外周点列が円周状と判定されたかを判定し（Ｓ６２）、ＹＥＳの場合には、円周状の点列について、隣接するカット断面における点列（前回点列）と位置あわせを行う（Ｓ６３）。一方Ｓ６２の判定でＮＯの場合には、外周点列について円周状の点になるように補正処理を行い前回の点列と位置あわせを行う（Ｓ６４）。そして、前回の点列と、今回の点列の間を三角面で定義し、Ｗ／Ｈ可動範囲を定義する（Ｓ６５）。
【００４９】
Ｓ１７では、Ｓ１６で得られたＷ／Ｈ可動範囲を所定の形式で出力する。例えば曲面をＩＧＥＳ形式や、ＳＴＬ形式でファイルに出力する。
【００５０】
このように、本実施形態によれば、計算により算出したＷ／Ｈ可動範囲を、予め行った実験による最大振幅に補正して、実験の量を比較的少なくして各種のＷ／Ｈの可動範囲について効果的な算出を可能としている。また、Ｗ／Ｈの可動範囲の算出において、外装の種類や、太さなど物理的な性質を考慮しており、現実に即したＷ／Ｈの可動範囲の算出が行える。
【００５１】
また、上述の説明は、１つの係止点間の処理であり、Ｗ／Ｈはこれが複数接続され、またケーブルの太さや、外装、係止方法などが異なる。従って、各係止点間の計算を順次行って、全体の設計を行う。そして、得られた可動範囲を考慮して他の部材の配置なども検討する。
【００５２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、計算により求めた可動範囲における最大振幅量を実測最大振幅量と比較し、その比較結果に基づいて補正する。これによって、線状材の物理的性質やサイズなどを考慮することができ、実験の量を比較的少なくして各種のＷ／Ｈの可動範囲について効果的な算出が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態の処理の全体動作を示すフローチャートである。
【図２】テーブルの作成についてのフローチャートである。
【図３】最小曲げ半径算出のフローチャートである。
【図４】最大振幅量測定のフローチャートである。
【図５】振幅量補正処理のフローチャートである。
【図６】可動範囲面定義処理のフローチャートである。

Claims

２点の係止部で係止された線状材の可動範囲を算出する線状材可動範囲算出装置であって、
線状材を２つの係止部で係止し、係止部間を結んだ直線に対し直角方向で最大長さとなる最大振幅を線状材の所定の複数点において実測した実測最大振幅量を格納する実測値格納手段と、
前記線状材の剛性と、線状材の長さと、線状材の係止部における係止方向とに基づいて、前記線状材を２点の前記係止部間で変形させた場合の前記線状材の可動範囲を算出する可動範囲算出手段と、
前記可動範囲算出手段により算出された線状材の可動範囲の中で、前記実測値格納手段に格納されている前記所定の点と対応する場所での最大振幅量を求め、求めた最大振幅量と前記実測最大振幅量とを比較し、得られた比較結果から前記線状材の可動範囲を補正する補正手段と、
を有することを特徴とする線状材の可動範囲算出装置。
請求項１に記載の装置において、
前記実測最大振幅量は、係止部における線状材の係止方法と、線状材の種類および線状材の太さを因子として分類して格納されていることを特徴とする線状材の可動範囲算出装置。
請求項２に記載の装置において、
前記実測値格納手段は、さらに係止部の２点間の長さと、線状材の長さを因子として分類して格納されていることを特徴とする線状材の可動範囲算出装置。
請求項１〜３のいずれか１つに記載の装置において、
前記可動範囲算出手段は、前記係止部間で線状材の係止方向、長さおよび最小曲げ半径に基づいて変形させた複数の可動軌跡を算出し、
前記係止部を結んだ直線と直交する面を該直線上での前記係止部からの距離により複数設けて、この面と前記複数の可動軌跡との交点を求め、
同一面内での該交点の外周点列を面毎に求め、
求められた複数の面毎の外周点列を結んで可動範囲を算出することを特徴とする線状材の可動範囲算出装置。
請求項１〜４のいずれか１つに記載の装置において、
前記線状材の剛性とは、線状材の最小曲げ半径であり、線状材の材質と太さにより求められることを特徴とする線状材の可動範囲算出装置。
請求項５に記載の装置において、
前記線状材は、複数の個別線状材を束ねて構成されており、前記線状材の種類とは、この複数の個別線状材を束ねた上に外装した表皮材の種類であることを特徴とする線状材の可動範囲算出装置。
請求項１〜６のいずれか１つに記載の装置において、
前記線状材はワイヤハーネスであることを特徴とする線状材の可動範囲算出装置。
２点の係止部で係止された線状材の可動範囲を算出する線状材可動範囲算出方法であって、
前記線状材を２つの係止部で係止し、係止部間を結んだ直線に対し直角方向で最大長さとなる最大振幅を線状材の所定の複数点において実測した実測最大振幅量を格納し、
前記線状材の剛性と、線状材の長さと、線状材の係止部における係止方向とに基づいて、前記線状材を２点の前記係止部間で変形させた場合の前記線状材の可動範囲を算出し、
前記算出された線状材の可動範囲の中で、前記格納された実測最大振幅量から前記所定の点と対応する場所での最大振幅量を求め、
求めた最大振幅量と前記実測最大振幅量とを比較し、得られた比較結果から前記線状材の可動範囲を補正し、
線状材の可動範囲を求めることを特徴とする線状材の可動範囲算出方法。
２点の係止部で係止された線状材の可動範囲を算出する線状材可動範囲算出プログラムであって、
コンピュータに、
前記線状材の剛性と、線状材の長さと、線状材の係止部における係止方向とに基づいて、前記線状材を２点の前記係止部間で変形させた場合の前記線状材の可動範囲を算出させ、
線状材を２つの係止部で係止し、係止部間を結んだ直線に対し直角方向で最大長さとなる最大振幅を線状材の所定の複数点において実測した実測最大振幅量を格納する実測値格納手段から、実測最大振幅量を読み出させ、
前記可動範囲算出手段により算出された線状材の可動範囲の中で、前記所定の点と対応する場所での最大振幅量を求めさせ、
求めた最大振幅量と前記読み出された実測最大振幅量とを比較し、得られた比較結果から前記線状材の可動範囲を補正させ、
補正された可動範囲を算出させることを特徴とする線状材の可動範囲算出プログラム。