資料2

簡易モデルによるコンセプト検討手法
Concept study technique by simplified model
○正 塩崎 弘隆
柳瀬 純一 (三菱自動車工業株式会社)
Hirotaka SHIOZAKI ，Mitsubishi Motors Corporation1,Nakashinkiri,Hashime,Okazaki,Aichi
Junichi YANASE
，Mitsubishi Motors Corporation
In theses latter days, Customer’s needs for vehicle performance is diversifying year after year. Under the
circumstances, we have to innovate the car new development process due to corresponding to various customer
needs. Besides purpose of new process is realization of reasonable price and high quality in short term. In this report,
we show the one solution to realize the above- mentioned tasks. Key word is concept study process. Because we
recognized concept study phase is very important term in whole development period. But we can’t obtain the
enough information for CAE analysis in early stage. So We studied new approach for concept study by CAE using
simplified model. We introduce the capability of simplified model study for concept study.
Key Words: CAE , Front Loading , Concept study , Beam model
１． はじめに
Concept Study Process / Flow Chart
近年益々多様化するお客様のニーズに対応し，高品質で魅力
Actual Test
Fine Mash Model
ある価格のクルマを提供するためには，開発初期段階でのコンセ
その為にも設計初期段階での図面品質を高める必要がある．本
研究は，短期開発と高品質化の両立を実現する為に，コンセプト
検討をサポートする手法を構築し，初期図面の精度を向上させる
事を目的としている．
Correlation
= Update model
(Correction Value)
1st seat center noise
70
STREAM 2L
WISH 2L
GS F0-1
Target
GS44Z FD-F09
60
SPL(dB-A)
Predecessor Vehicle
ーに商品を提供する上において，短期開発の実現が必須であり，
50
Reduction
30
1000
Simplified Model
2000
3000
ある．そこで本システムでは，ｼﾝﾌﾟﾙなﾓﾃﾞﾙを採用し，短時間に多
くの検討を効果的に実施できることを狙った．しかし，ﾌﾚｰﾑﾚｲｱｳﾄ
にｼﾝﾌﾟﾙな梁ﾓﾃﾞﾙ（以降 ｼﾝﾌﾟﾙﾓﾃﾞﾙと呼ぶ）を用いると予測精
度の問題と評価基準の設定が課題となる．
本手法は，この問題を補う為に，先代の詳細モデルからｼﾝﾌﾟﾙ
ﾓﾃﾞﾙを作成する事を基本コンセプトとした．これにより，過去のデ
ータ，ナレッジが活用出来ることになる．
本手法の基本プロセスを Fig.1 に示す．
① 先代車の実験と詳細 FEM ﾓﾃﾞﾙとの整合性を検討する．
② 詳細 FEM ﾓﾃﾞﾙから，先代車の Simplified Model を作成し
整合性を確認すると共にﾓﾃﾞﾙのｱｯﾌﾟﾃﾞｰﾄを行う．
③ 新ｽﾀｲﾘﾝｸﾞ情報を基に先代ｼﾝﾌﾟﾙﾓﾃﾞﾙを変更して，新構造
のｼﾝﾌﾟﾙﾓﾃﾞﾙを作成する．
④ 新構造の性能をｼﾝﾌﾟﾙﾓﾃﾞﾙ同士で比較検討し，実験結果
との補正値を用いて，実車ﾚﾍﾞﾙを推定する．
上記のﾌﾟﾛｾｽで整合性を検証することにより，ｼﾝﾌﾟﾙﾓﾃﾞﾙで実
5000
6000
③
New Styling Simplified Model
New Styling Information
Fig.１ Process Flow Chart
ｺﾝｾﾌﾟﾄ検討段階では多数のｽﾀｲﾘﾝｸﾞﾓﾃﾞﾙが存在し，CAE ﾓﾃﾞ
なかで車体骨格のﾚｲｱｳﾄ/基本断面の設計品質を高める必要が
4000
Correlation
= Correction
Value
Eng(rpm)
２． ｺﾝｾﾌﾟﾄ検討 ﾌﾟﾛｾｽ
ﾙ作成のﾍﾞｰｽとなる CAD ﾃﾞｰﾀは未作成である．そのような状況の
②
40
Modify according to
New Styling information
New Vehicle
プト検討のアウトプット品質を向上させる必要がある．また，タイムリ
①
車性能を推定することが可能である．
３． ｼﾝﾌﾟﾙﾓﾃﾞﾙ 概要
ｼﾝﾌﾟﾙﾓﾃﾞﾙの概要を Fig.2 に示す．作成プロセス,及びﾓﾃﾞﾙ検
証手法については，参考文献[2]を参照頂きたい．
(1)骨格部は，梁要素でモデル化する．
断面特性は，詳細 shell モデルより自動算出される．
(2)ﾊﾟﾈﾙ部は Shear Panel で定義する．また，面内力の計算安定
性のために Membrane element を実際の板厚の 1/10000 で
設定した．
(3)結合部は，2 種類のﾓﾃﾞﾙ化を設定し，目的により使い分ける
① Super Element
応力リカバリが実行でき，結合部の詳細ﾓﾃﾞﾙと組み合
わせることにより，結合構造の評価が可能．
② Spring ＆ Rigid Element
Beam ﾚｲｱｳﾄの変更が容易であり，ﾎﾞﾃﾞｰ全体の評
価が容易に可能．
Countermeasure
- Additional Beam
Original
(1)Bar Element
New
- Proper Section property
[1] Rigidity
[2] Resonance Frequency
Optimization
Original
New(Initial)
(2)Panel Element definition
Shear Panel Layer
(3)Joint area modeling
Type1 : Super Element
Type2 : Spring
& Rigid Element
Torsion
1st
Bending
2nd
3rd
4th
Fig.5 Optimization Result
Real thickness
Real Shear modulus
(2)衝突性能への適用結果
Bending Panel Layer
real thickness
ｺﾝｾﾌﾟﾄ検討段階では，新ｽﾀｲﾘﾝｸﾞや新構造に対する大きな
Membrane Layer
Spring rate : Data base
1/10000 of real thickness
RBE2 : X,Y,Z direction
CELAS2 : Rotation
Concept of Panels
問題点を抽出し，対策の方向性を検討することが重要である．
図６は，前面衝突時のエネルギーフローを静解析により検討し
た結果を示す．新構造において，アッパボデーへの荷重伝達
Fig.2 Simplified model definition
が増加し，ﾌﾛﾝﾄﾋﾟﾗｰが座屈する恐れがある．
座屈判定には，下記式の全塑性ﾓｰﾒﾝﾄを算出し判断する．
４． 適用事例
Mp＝σｙ∫|y|ｄA＝Zｐσｙ
この検討ﾌﾟﾛｾｽを適用した例を紹介する．
検討（解析）項目はﾎﾞﾃﾞｰ剛性や NVH 性能だけではなく 耐久性
Mp：全塑性モーメント σｙ：降伏応力 Zp： 塑性断面係数
能や衝突性能検討にも適用可能と考える．
複雑な断面の場合，図７に示す，先代の詳細 shell モデルから
(1)ボデー剛性検討と改良検討(最適化)
切り出したモデルに簡易モデルで算出した要素力を加え実際
先ず初めに，初期検討結果と寄与度解析結果を基に主要因
の応力計算，座屈解析を行い部分的な適正化を検討する．
箇所を特定する（図３）．その後，特定した主要因箇所について，
最適化解析を実施した．最適化条件は，図 4 に示すように，主
要因箇所に数本の梁を設定し，各梁要素の断面特性に対して
restrain
Analysis Condition
Z-Only
Area of Bar cross section (A) = 2 * ( B+H ) * T
Aria moment of inertia (Izz) = (3 * B + H ) T * H / 6
Aria moment of inertia (Iyy) = (B + 3 * H) T * H / 6
Torsional constant (J) = 0.9 * 2 * T * B * H / ( B + H )
B : Width
H : Height
T : Thickness
Original Model
Model
ータに設定することで，より現物に即した最適化を図った．
Main Pass
Main Pass
New Styling
Model
いて，等価な四角形断面を算出し，幅/高さ/板厚を設計パラメ
Element Force
Moment Force
最適化計算を行った．最適化解析では，追加補強の適正配置
と適正剛性を算出した．更に，梁要素の断面特性から下式を用
Apply static load
-Restrain the rear door opening area
-Input Static Force
at the front of side member (both side)
その結果，初期解析結果において，新レイアウト構造の曲げ，
Fig.6 Frontal Crash Analysis Result
ねじり剛性とも大幅に低下したが，最適化結果を反映し，適正
な位置に適正な剛性を持った補強部材を追加することで大幅
な改善が出来た．更に，結果をｽﾀｲﾘﾝｸﾞﾃﾞｰﾀﾍﾌｨｰﾄﾞﾊﾞｯｸする
ことが出来た(図 5)．
Ｏｒｉｇｉｎａｌ
New Model
Fig.7 Stress Distribution Result
High Contribution Area
５． まとめ
骨格のｺﾝｾﾌﾟﾄを検討する上でｼﾝﾌﾟﾙﾓﾃﾞﾙは，効果的な手法で
ある．更に，先 代車の詳細モデルをﾍﾞｰｽとする事により， 過去の
Sensitivity Analysis
Element Force Analysis
Fig.3 Contribution Analysis Results
Optimization Process
1 : Create additional Beam considering Initial result
2 : Optimization Analysis using NASTRAN Sol 200
Object Function : Minimize Weight
Constraint
1st – 4th Resonance Frequency difference < 1Hz between target and new styling model
Fig.4 Optimization Process
ﾃﾞｰﾀ，ﾉｳﾊｳﾃﾞｰﾀが有効活用出来，考察を深めることが出来た．
６． 参考文献
[1] Nishigaki, et al., : First Order Analysis ‐New CAE
Tools for automotive Body Designers,SAE Tech.Paper
No.2001-01-0768(2001)
[2]塩崎弘隆,et al. : コンセプト設計のための新しい CAE 手法，
MSC Software Virtual Product Development Conference 2004