JP4055477B2 - Simulation device for door operability evaluation - Google Patents

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【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両用ドアの開閉操作の容易性を評価するための装置及びその制御プログラムに関し、特に、試作車等を用いることなく、設計の初期段階で操作性の検証を可能ならしめるシミュレーション（模擬演算）の技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、一般に、車両のボディ設計の領域においては、居住性を確保しながらボディ剛性を高め、さらには空力特性を向上するといった種々の要求について、設計の初期段階からある程度の検証を行うことができるミュレーション技術の適用が行われている。
【０００３】
また、近年、コンピュータ技術の急速な進歩に伴い、デザインの領域においても３次元ＣＡＤを活用して、スケッチからモデリングの一部までを仮想空間にて行うようにしており、このことで、設計の初期段階から造形イメージを容易に具体化できるとともに、トライアンドエラーの繰り返しがスピーディに行えるようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
これに対し、例えば居住性や乗降性のように人間工学を応用する領域では、シミュレーションの適用が進んでいるとは言い難い。これは、快適感や使用感といった感覚が人によって大きく異なり、特に男女差や年齢差、或いは体格による差異が大きいことから、物理モデルによる仮想的な検証を正確に行うことが難しいことに因ると考えられる。
【０００５】
特に、ドアの開閉操作については、運転者によるステアリング等の操作とは異なり、子供を含めて全ての乗員により行われる可能性が高い。また、ドアはステアリング等と比較して格段に大きく重いものなので、体格や筋力の相違による影響が大であり、さらに、ドアはその可動範囲が広いことから開閉中の操作者の姿勢変化も大きくなるし、ドアの開閉機構のタイプによって操作者の姿勢が大きく異なることもあり、それら種々の要因がシミュレーションによる検証の精度を低下させる要因となる。
【０００６】
また、ドアを開閉する際の手応えに関しては車種による差異も大きい。例えばコンパクトカーの場合には手応えの軽いものが好まれる傾向があり、一方、大型ＲＶ車には相応の手応えが求められる。また、高級セダン等の場合には上質感及び安心感が重要になる。つまり、車種によって操作性の評価基準そのものが変化してしまい、このことも、シミュレーションによる正確な検証を困難なものとしている。
【０００７】
本発明は斯かる諸点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、シミュレーションの目的を車両用ドアの操作性の評価に限定して、前記のような問題点の解消に工夫を凝らして、老若男女を問わず、車種毎に最適な操作感が得られるようなドアの設計支援装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明の解決手段では、コンピュータ装置等を用いてドアを開閉する操作者の姿勢変化等を模擬する演算を行い、この演算結果を、人間の筋負担度合いの適正範囲に関する予め準備したデータと比較して、操作の容易性を評価するようにした。
【０００９】
具体的に、請求項１の発明は、車両用ドアの開閉操作の容易性を評価するためのシミュレーション装置を対象とし、ドアを開閉操作する操作者の少なくとも手及び腕の姿勢変化、及びドアの移動状態を模擬するための物理モデルと、少なくとも前記ドア、操作者の手及び腕、並びにそれら相互の関係についての幾何的データ、並びにドアの開閉操作の抵抗力に関する抵抗力データがそれぞれ入力された前記物理モデルを用いて、前記ドア、操作者の手及び腕の動作についての模擬演算を行う模擬演算手段と、少なくとも操作者の手及び腕の各関節毎にその角度に応じて筋負担度合いの適正範囲が設定された筋力データ及び前記模擬演算手段による模擬演算の結果に基づいて、ドアを開閉する際に操作者の筋負担度合いが適正な範囲に維持されるかどうか判定する判定演算手段と、この判定演算手段による判定の結果に基づいてドアの開閉操作の容易性に関する評価を出力する評価出力手段とを備えている。
【００１０】
そして、前記物理モデルが、少なくとも操作者の手及び腕を模擬する多関節モデルを有し、前記筋力データは、操作者の手及び腕を模擬する多関節モデルの各関節毎に、その主要筋の負担度合いがそれぞれ所定範囲になるように該各関節毎の角度に応じて発生トルクの範囲を設定したものであり、前記ドアが車体の上下方向の軸の周りに回動するヒンジ式のものであり、前記模擬演算手段は、操作者の肩の位置が車体に対して変化しないという条件下で模擬演算を行うように構成されており、前記判定演算手段は、前記模擬演算によって求められる操作者の手及び腕の姿勢から、その各関節毎の角度を求め、この角度と前記筋力データとに基づいて、手先の操作力の適正範囲を表す可操作力楕円体を求めて、この可操作力楕円体とドアの操作に必要な力とを比較することにより、操作者の手及び腕の筋負担度合いが適正な範囲に維持されるかどうか判定する構成とする。
【００１１】
前記の構成により、車両用ドアの操作性を評価するときには、シミュレーション装置の模擬演算手段により、少なくともドアや操作者の手及び腕についての幾何的なデータと、ドアの抵抗力のデータとに基づいて模擬演算が行われて、ドアを開閉する操作者の手及び腕の位置や姿勢の変化とドアの移動状態とが仮想の空間座標において数学的に記述される。そして、前記模擬演算により求められる操作者の手及び腕の姿勢やドアの操作に必要な力と、当該操作者の筋負担度合いの適正範囲に関するデータとに基づいて、判定演算手段により、ドアの開閉移動中の各位置における操作者の筋負担度合いが適正範囲にあるかどうかの判定がなされ、この判定の結果に基づいて評価出力手段によりドアの開閉操作の容易性に関する評価が出力される。
【００１２】
詳しくは、操作者の手及び腕を多関節モデルにより模擬し、その姿勢等の変化を記述するとともに、各関節の発生する適正なトルクによって実現可能な手先の操作力（ベクトル）の集合である可操作力楕円体を求めて、これをドアの操作に必要な操作力（前記模擬演算によって求められるもの）のベクトルと比較することで、操作者の筋負担度合いが適正なものになるかどうか判定することができる。
【００１３】
しかも、そうして可操作力楕円体を求める基となる筋力データとして、操作者の手及び腕を模擬する多関節モデルの各関節毎に、その主要筋の負担度合いが所定範囲になるように該各関節毎の角度に応じて発生トルクの適切な範囲を設定しているから、人間の腕の特性を反映させた可操作力楕円体を求めることができ、より正確な模擬演算を行うことができる。尚、前記の筋力データは、例えば統計的に、或いは実験的に予め求めて設定すればよい。
【００１４】
加えて、ドアがヒンジ式のものである場合には、その開閉操作の容易性は手及び腕の動作だけで十分、正確に評価することができることに着目し、この場合には、操作者の肩の位置が車体に対して変化しないという条件下で模擬演算を行うようにしており、このことで、計算量を減らして模擬演算を簡略化できる。
【００１５】
請求項２の発明は、前記請求項１の発明と同じく車両用ドアの開閉操作の容易性を評価するためのシミュレーション装置を対象とし、ドアを開閉操作する操作者の少なくとも手及び腕の姿勢変化、及びドアの移動状態を模擬するための物理モデルと、少なくとも前記ドア、操作者の手及び腕、並びにそれら相互の関係についての幾何的データ、並びにドアの開閉操作の抵抗力に関する抵抗力データがそれぞれ入力された前記物理モデルを用いて、前記ドア、操作者の手及び腕の動作についての模擬演算を行う模擬演算手段と、少なくとも操作者の手及び腕の各関節毎にその角度に応じて筋負担度合いの適正範囲が設定され た筋力データ及び前記模擬演算手段による模擬演算の結果に基づいて、ドアを開閉する際に操作者の筋負担度合いが適正な範囲に維持されるかどうか判定する判定演算手段と、この判定演算手段による判定の結果に基づいてドアの開閉操作の容易性に関する評価を出力する評価出力手段とを備えている。
【００１６】
そして、前記物理モデルが、少なくとも操作者の手及び腕を模擬する多関節モデルを有し、前記筋力データは、操作者の手及び腕を模擬する多関節モデルの各関節毎に、その主要筋の負担度合いがそれぞれ所定範囲になるように該各関節毎の角度に応じて発生トルクの範囲を設定したものであり、前記ドアが車体前後方向にスライド移動するスライド式のものであり、前記模擬演算手段は、操作者の肩の位置が前記ドアのスライド移動に応じてそのスライド方向に移動するという条件下で模擬演算を行うように構成されており、前記判定演算手段は、前記模擬演算によって求められる操作者の手及び腕の姿勢から、その各関節毎の角度を求め、この角度と前記筋力データとに基づいて、手先の操作力の適正範囲を表す可操作力楕円体を求めて、この可操作力楕円体とドアの操作に必要な力とを比較することにより、操作者の手及び腕の筋負担度合いが適正な範囲に維持されるかどうか判定する構成とする。
【００１７】
前記の構成により、請求項２の発明では、前記請求項１の発明と概ね同じ作用が得られるとともに、ドアがスライド式のものである場合には、操作者の肩の位置が前記ドアのスライド移動に応じてそのスライド方向に移動するという条件下で模擬演算を行うことで、所要の評価精度を確保しながら、計算量を減らして模擬演算を簡略化できる。
【００１８】
ここで、前記筋力データについては、予め車種又は操作者の少なくとも一方のタイプ別に、即ち、例えばセダンかスポーツカーかＲＶ車か等の車種タイプに応じて、また、性別や年齢差等の操作者タイプに応じて、それぞれ分けて記憶手段に記憶させておくのがよい。そして、前記の判定演算の際には、評価の対象となる車種又は操作者の少なくとも一方のタイプに関する選択操作入力に応じて前記記憶手段から筋力データを読み出し、このデータに基づいて判定演算を行うようにするのが好ましい（請求項４の発明）。このようにすれば、ドアを開閉する操作者の体格や筋力が大きく異なったり、或いは車種が異なったりして、それぞれ適切な操作力の範囲が大きく相違する場合でも、そのことによらず正確な評価を行うことができる。
【００１９】
また、前記物理モデルについても、これをドアの開閉機構のタイプ別に予め記憶手段に記憶させておいて、前記の模擬演算の際に、物理モデル設定手段によりドア開閉機構のタイプに関する選択操作入力に応じて前記記憶手段から読み出して、設定するようにするのが好ましい（請求項５の発明）。すなわち、ドアの開閉機構のタイプとしては縦向きのヒンジ式のもの、横向きのヒンジ式のもの、スライド式のもの等があり、このタイプによって操作者の動作が大きく異なるものとなる。そこで、予めタイプ毎に物理モデルを構築して記憶させておき、これを読み出して設定するようにすることで、模擬演算を簡略化、容易化することができる。
【００２０】
さらに、請求項６の発明として、評価出力手段は、ドアの開閉中のドア操作部の軌跡と、その軌跡上の各位置におけるドア操作性の評価とを表示するものとするのが好ましい。こうすれば、ドアの開閉する様子とその途中で操作の容易性が変化する様子とを視覚によって容易に把握することができる。
【００２１】
請求項７の発明では、抵抗力データを、ドアの形状、重量、開閉操作の向き、操作点の支点からの距離のうちの少なくとも１つについてのものとし、このデータを用いてドアの開閉操作の抵抗力を演算する。このことで、ドアの開閉操作における抵抗力、すなわち開閉に必要な操作力を計算により正確に求めることが可能になり、これにより、操作性の評価を正確に行うことができる。
【００２２】
請求項８の発明では、請求項１又は２のいずれかの発明における筋力データを、多関節モデルの各関節毎に、その主要筋の収縮率が略４０％以下となるように設定したものとする。こうすることで、操作者の手及び腕の全ての関節において無理な力が加わることがなくなり、適正な操作感が得られる。
【００２３】
請求項９の発明では、請求項１又は２のいずれかの発明において筋力データとして設定された各関節毎の発生トルクの範囲を、所定の操作入力に応じて個別に補正する補正手段を備えるものとする。こうすることで、全ての主要筋の負担の度合いを一律に決定する場合に比べて、きめの細かい評価を行うことができる。
【００２４】
請求項１０の発明では、請求項１又は２のいずれかの発明における判定演算手段を、模擬演算手段による演算結果に基づいてドアの開閉中の各位置において操作者に必要とされる操作力を演算する必要操作力演算部と、前記模擬演算手段により演算された手及び腕の姿勢、並びに筋力データに基づいて前記ドアの各位置における手先の操作力の適正範囲である可操作力楕円体を求める適正操作力演算部と、前記必要な操作力と可操作力楕円体とを比較して、操作者の手及び腕の筋負担度合いが適正な範囲に維持されるかどうか判定する比較判定部とを備えるものとする。
【００２５】
この構成では、模擬演算手段による模擬演算の結果としてドアの開閉中の各位置におけるドアの幾何的な状態が求められ、この各状態におけるドア側の抵抗力、即ち必要操作力が抵抗力データに基づいて必要操作力演算部により演算される。一方、前記模擬演算の結果に基づいて操作者の手及び腕の姿勢、即ち多関節モデルの各関節毎の角度が求められ、この姿勢のときの手先の操作力の適正範囲である可操作力楕円体が筋力データに基づいて適正操作力演算部により演算される。そして、前記必要操作力と可操作力楕円体とが比較判定部により比較されることで、操作者の筋負担度合いが適正な範囲にあるかどうかの正確な判定がなされる。
【００２６】
請求項１１の発明では、前記請求項２の発明におけるドアの操作部が当該ドアのスライド方向に長く、且つ手前に引くことでドアロックを解除するプルハンドルである場合に、幾何的データにおいて、操作者のドアに対する相対位置を、該操作者が閉状態のドアの前記プルハンドルを引き操作するときにその引き操作の方向がドアのスライド方向に対し車体上方から見た平面視で略４０度以上且つ５０度未満の角度をなすように設定するものとする。
【００２７】
すなわち、前記の構成のスライドドアの場合、プルハンドルの最初の操作方向とドア全体の移動方向とが異なることから、ドアに対する操作者の位置や姿勢が大きな影響を与えることになる。具体的に、本願の発明者は、人間工学に基づく実験研究の結果として、操作者が閉状態のスライド式ドアのプルハンドルを最初に引き操作する方向が通常、ドアのスライド方向に対して車体上方から見て略４０度以上且つ５０度未満の角度となることを見出した。そこで、この発明では、前記の知見に基づいてドア及び操作者の位置関係を設定した幾何的データを用いることで、実際の動作に極めて近い模擬演算を行って、操作性に関する正確な評価を得ることができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基いて説明する。
【００２９】
（シミュレーション装置の全体構成）
図１は、本発明の実施形態に係るドア操作性評価のためのシミュレーション装置Ｓの全体構成を示す概念図である。この装置Ｓは、車両用ドアの設計や開発の初期段階でドアの操作性に関して定量的な評価を行うことを目的とするもので、ドアを開閉する操作者の姿勢の変化とドアの移動状態とを数式により記述して、コンピュータ装置１により３次元の仮想空間において模擬する演算（シミュレーション）を行い、その結果に基づいて操作者の筋負担度度合いを判定するようにしたものである。
【００３０】
前記コンピュータ装置１は、周知の如く内部にプロセッサ２（以下、ＣＰＵという）、ＲＯＭ３、ＲＡＭ４等を備えるとともに、例えばハードディスクドライブ（ＨＤＤ）や光ディスクドライブ（ＭＯ）等の記憶装置５と、ブラウン管モニター（ＣＲＴ）や液晶ディスプレー（ＬＣＤ）等の表示装置６とが接続され、さらに、図示しないが、プリンタ等の出力装置やオペレータによる入力操作を受け付けるキーボード、マウス等の入力デバイスも接続されている。
【００３１】
また、前記記憶装置５には、ドアや操作者の動きを模擬するための演算プログラムとドアの操作性の評価プログラムとが電子的に記憶されるとともに、それらの演算のためのデータとして、少なくとも、ドア側特性データＤｄ、身体データＢｄ、筋力データＭｄ１、筋負担度補正データＭｄ２が記憶されている。そして、プログラムの起動時には、コンピュータ装置１のＣＰＵ２により所要のプログラムが記憶装置５から読み出され、ＲＡＭ４に常駐して実行されることになる。
【００３２】
次に、前記の模擬演算の内容について、図２〜４を参照して具体的に説明すると、まず、図２に示すヒンジ式ドアの場合、ドアとその操作者の状態を模擬する物理モデルＭは、ドア本体１０と、その基端部（図の右側の端部）を図示しない車体側の軸の周りに回動可能に支持するヒンジ１１と、ドア本体の表面の所定位置に配置された操作ノブ１２と、その操作ノブ１２を掴んで操作する操作者（仮想線で示す）の手及び腕を模擬する多関節アーム１３とからなる。
【００３３】
前記ドア本体１０は、所定の厚みを持った平板状の剛体で模擬し、その重量や平面視での形状等の幾何的データは、ドア側特性データＤｄとして記憶装置５に記憶されている。また、前記ヒンジ１１のドア本体１０に対する位置や傾き角等のデータ（幾何的データ）、或いはヒンジ１１の回動に伴う摩擦抵抗力やバネ力等の抵抗力のデータも前記ドア特性データＤｄに含まれ、さらに、前記操作ノブ１２のドア本体１０に対する位置（幾何的データ）やヒンジ１１の軸ｚとの間の距離（幾何的データ、抵抗力データ）もドア特性データＤｄに含まれている。従って、前記ドア特性データＤｄを物理モデルＭに入力すれば、ドアが開閉されるときの操作ノブ１２の軌跡や開閉に必要な操作力（必要操作力）が求められる。
【００３４】
一方、前記多関節アーム１３は、その先端側から順に手部１４、手首関節１５、前腕部１６、肘関節１７、上腕部１８及び肩関節１９を備えており、そのうちの手首関節１５が第１及び第２関節を有し、肘関節が第１及び第２関節を有し、また、肩関節１９が第１〜第３関節を有するものである。詳しくは、人間の手首関節１５は、２つの回転運動の自由度を持っていて、図３に模式的に示すように、手部１４の基端に固定した直交座標Ｘ-Ｙ-Ｚにおいてその手部１４の延びる長手方向をＸとし、幅方向をＹとし、また、厚み方向をＺとすると、Ｘ軸の回りには回動せず、Ｙ軸の周りには比較的大きな範囲で回動する一方、Ｚ軸の周りには比較的小さな範囲で回動する。
【００３５】
このことから、人間の手首関節は２つの回転関節により模擬することができ、前記Ｙ軸周りの回転関節を手首第１関節とし、Ｚ軸周りの回転関節を手首第２関節とすると、手首第１関節の可動範囲は概ね±８０°くらいになり、また、手首第２関節の可動範囲は概ね−４０°〜＋２０°くらいになる（図５参照）。同様に、肘関節１７も２つの回転関節により模擬することができ、前腕部１６の基端に固定した直交座標Ｘ-Ｙ-Ｚにおいて、その前腕部１６の延びるＸ軸の周りに回動する肘部第１関節が概ね−６０°〜＋８０°くらいの可動範囲を有し、また、Ｘ軸に直交するＹ軸の周りの肘部第２関節は概ね−１４０°〜０°くらいの可動範囲を有するものとなる（図６参照）。
【００３６】
さらに、肩関節１９は、上腕部１８の基端に固定した直交座標Ｘ-Ｙ-Ｚにおいてその全ての軸の周りに回動可能なものであり、肩部第１関節が上腕部１８の延びるＸ軸の周りに概ね−８０°〜＋８０°くらいの可動範囲を有し、肩部第２関節が人体の前後方向に延びるＹ軸の周りに概ね−４５°〜＋８０°くらいの可動範囲を有し、また、肩部第３関節が上下方向のＺ軸の周りに概ね−１０°〜＋１７０°くらいの可動範囲を有するものとなる（図７参照）。
【００３７】
従って、前記物理モデルＭにおいて人間の手及び腕の多関節モデルは、３つのリンクと７つの回転関節とで構成される多関節リンク機構となり、この実施形態では、そのようにモデル化した手部１４、前腕部１６及び上腕部１８のそれぞれに長さ等、身体寸法のデータ（幾何的データ）を入力して、多関節アーム１３を構成する。これらの身体寸法のデータは、例えば性別や年齢等の操作者のタイプ毎に予め設定した身体データＢｄとして記憶装置５に記憶されており、詳しくは後述するが、操作者タイプに関する選択操作がコンピュータ装置１に入力されると、これに応じて前記記憶装置５から読み出されて、前記物理モデルＭに入力される。そして、コンピュータ装置１により模擬演算が行われると、ドアの開閉に伴い変化する多関節アーム１３の姿勢が数式により記述される。
【００３８】
尚、そのような縦向きのヒンジ式ドアの場合には、その開閉操作の容易性は手及び腕の動作を解析するだけで十分、正確に評価することができると考えられるので、人間の胴体の動作は無視し、肩関節１９の位置を固定して模擬演算を行うようにすればよい。こうすることで、模擬演算の計算量を減らして簡略化することができる。
【００３９】
ところで、そのように数式により記述される多関節アーム１３の動作を解析する手法は、既にロボット工学の分野において種々の研究がなされており、一般的に、関節数が多いときにはアーム先端（手先）の位置及び姿勢（方向）の座標を各関節毎の回転角度座標に変換して取り扱う座標変換の技法が用いられる。すなわち、図４に一例を示すように、ｎ個の回転関節リンク機構から構成される一般的な多関節アームＡは、リンク機構の各関節に台座側から１，２，…，ｎと番号を付けて、全ての関節変位θｉ（ｉ＝１，２，…，ｎ）をまとめた関節変位ベクトルをθvec＝（θ１，θ２，…，θｎ）∈Ｒｎと定義し、このθvec（以下、単にθと略記する）を用いてアームＡの姿勢を表すことができる。また、アームＡの先端の位置及び姿勢からなる手先位置ベクトルｒvecは、ｒvec＝（ｒ１，ｒ２，…，ｒｍ）∈Ｒｍ（０≦ｍ≦６）と表すことができる（以下、単にｒと略記する）。尚、ｍ、ｎは、それぞれ、リンク機構の関節自由度（関節数）と手先の自由度とを表し、Ｒｍ、Ｒｎはそれぞれｍ次、ｎ次のユークリッド空間を表す。
【００４０】
そして、一般的に手先位置ベクトルｒと関節変位ベクトルθとの関係は非線形になり、
ｒ ＝ ｆ（θ） ・・・（式１）
として表される。ここで、関数ｆ（）はθからｒへの非線形写像を表しており、θが与えられればｒは一義的に決まるが、その逆は成り立たない。また、多関節アームＡの手先の速度ベクトルｒ′と関節速度ベクトルθ′との関係は、前記（式１）を時間に関して微分することで求められ、
ｒ′ ＝ Ｊ（θ）θ′ ・・・（式２）
として表される。ただし、Ｊ（θ）（以下、単にＪと略記する）はｒのθに対するヤコビ行列であり、
Ｊ ＝ ∂ｒ／∂θ ・・・（式３）
によって与えられる。換言すれば、Ｊは、θ′をｒ′に対応付ける変換行列である。
【００４１】
また、前記（式２）により、多関節アームＡの手先の微小変位δｒと関節の微小変位δθとの間には、
δｒ ＝ Ｊδθ ・・・（式４）
が成立し、一方、多関節アームＡの手先の操作力をベクトルＦvec（以下、単にＦと略記する）として、この操作力ベクトルＦと等価な関節トルクベクトルをτvec∈Ｒｎ（以下、単にτと略記する）とすれば、仮想仕事の原理により、
δθＴτ ＝ δｒＴＦ ・・・（式５）
の関係が成立する（θＴやｒＴの上付き添え字「Ｔ」は転置行列を示す）。よって、前記（式４）、（式５）から、関節トルクは、
τ ＝ ＪＴＦ ・・・（式６）
として与えられる。この式においてＦが与えられればτは一義的に決まるが、その逆は成り立たない。
【００４２】
以上のように、多関節アームＡの手先の操作力Ｆと関節トルクτとを対応付ける関係式が得られれば、例えば、‖τ‖≦１という関係を満たすような関節トルクによって実現可能な手先の操作力Ｆの集合は、前記（式６）により、
ＦＴＪＪＴＦ ≦ １ ・・・（式７）
として与えられるＲｍ空間の楕円体Ｅとなる。この楕円体Ｅは、仮想のｍ次元空間においてｍ本の主軸を有する周知の可操作力楕円体であり、その主軸半径の長い方向には簡単に大きな力を発揮することができる一方、主軸半径の短い方向へは大きな力を発揮し難いことを表すものである。
【００４３】
前記可操作力楕円体Ｅを導入することにより、多関節アーム１３の各関節トルクに基づいて、その手先によるドアの操作性を定量的に評価することができる。すなわち、例えば、手や腕の筋肉の負担度合いが良い感触を得られるような適正な範囲となるように各関節毎に発生するトルクの範囲を設定し、そのトルクベクトルτと前記（式７）とによって手先の発生し得る力Ｆの集合（可操作力楕円体Ｅ）を求めれば、この可操作力楕円体Ｅは、人間が良い感触を得られるような適正な操作力（ベクトル）の分布を示すものとなる。尚、ドアを操作する方向は操作性に対して大きな影響を持つが、そのときの手先の向きの影響は小さいと考えて、演算を簡略化するために手先の自由度を３としてもよい（ｒ＝（ｒ１，ｒ２，ｒ３））。こうすれば、可操作力楕円体Ｅは、図２に例示するような３次元空間の楕円体となり、ドアの操作に必要な操作力のベクトルＦが前記可操作力楕円体Ｅに含まれるかどうかによって操作性を判定することができる。
【００４４】
ここで、一般的にロボットアームの関節は電動モータ等により回転駆動され、その回転角度に拘わらず一定のトルクを発生するものであるが、人間の腕の場合は、各関節の発生し得るトルクの大きさがそれぞれ関節角度に応じて変化するという角度依存性があり、このため、腕の姿勢が変化すると、そのことによって操作感が変化することがある。すなわち、手先において要求される操作力が同じであっても、例えば肘関節１７の発生し得るトルクが小さくなれば、操作者はドアの操作が重くなったように感じるのである。
【００４５】
この点について、この実施形態では、前記の如く多関節アーム１３によって人間の手及び腕を模擬する際に、ロボットアームの如くアーム１３の関節トルクベクトルτを一定値とするのではなく、各関節毎にその角度が変わるのに応じて、人間の腕の特性を反映するように発生トルクの大きさを変化させ、このように変化する関節トルクベクトルτに基づいて、可操作力楕円体Ｅを求めるようにしている。すなわち、まず、図５〜７に一例を示すように、各関節毎にその角度に応じて適切な状態にて発生し得るトルクの範囲を統計的手法や実験等によって求め、これを筋力データＭｄ１として、記憶装置５に記憶させる。
【００４６】
具体的には、図５〜７のグラフは、各々手首、肘及び肩の各関節毎に主要筋の収縮率が所定範囲（図例では略４０％以下）になるような発生トルクの上限値を関節角度に対応付けて設定したものであり、それぞれ傾向は異なるが、関節の角度によってトルクの変化する様子が見て取れる。例えば図５(a)に示す手首の第１関節（Ｙ軸周りの回転関節）の場合、筋収縮率が略４０％のときに発生するトルクの大きさは関節の可動範囲内において大きく変化しており、図に実線で示す「＋」方向、即ち手部１４を掌の側に回動させるときと、反対に「−」方向、即ち、手部１４をその甲の側に動かすときとの両方で、回動角が零度付近のときにトルクのピークが見られる。つまり、手首第１関節の場合は中立の位置において最も力を出しやすいということが分かる。一方、同図(b)に示す手首第２関節の場合は、「＋」方向、「−」方向のいずれの動作についても、逆方向に最大限に回動した位置から戻すときに最も大きなトルクを発生することが分かる。
【００４７】
また、例えば図６(a)に示す肘部第１節の場合、図に実線で示す「＋」方向、即ち、親指が身体の外側から内側に向かうように手及び前腕部を捻るときには、−４０°くらいにピークが見られ、そこから「＋」方向に向かって緩やかにトルクが低下している。逆に、図に破線で示すように「−」方向に捻るときには、略０°〜＋８０°の範囲では大きなトルクを出せる一方で、手が裏返って関節角度が「−」になると、そこから「−」方向に向かってトルクが急激に低下することが分かる。つまり、人間が肘関節の周りに手及び前腕部を捻るときには、その途中でトルクの発生し易さが急変して、操作感が大きく変化することになる。さらに、詳しい説明は省略するが、同図ｂに示す肘部第２関節や図７(a)〜(c)にそれぞれ示す肩部第１〜第３関節のトルクにもそれぞれ角度依存性がある。
【００４８】
尚、前記の筋力データにおいて主要筋の収縮率を略４０％以下としているのは、一般的に、関節の主要筋の収縮率が略４０％以下のときに、人間が良いと感じる適正な操作感が得られるからである。但し、その収縮率の値は、後述の如く、キーボードによる操作入力によって各関節毎に個別に補正することができるようになっている。
【００４９】
そうして、上述の如くコンピュータ装置１によりドアと操作者の動作を模擬する演算を行って、所定時間（例えば０．０１秒）毎にドア本体１０の位置、操作ノブ１２の位置、多関節アーム１３の姿勢等を演算し、さらに、ドアの開操作又は閉操作のいずれかに必要な操作力を求めるとともに、前記多関節アーム１３の姿勢からその各関節の角度を求め、この角度と前記筋力データとに基づいて手先の可操作力楕円体Ｅを求める。そして、この可操作力楕円体Ｅ、即ち手先の操作力の適正範囲とドアの操作に必要な力とを比較することにより、ドアの開閉操作の容易性を判定する。
【００５０】
次に、シミュレーション装置Ｓによる模擬演算及び判定演算の具体的な手順を図８のフローチャート図に基づいて説明する。このフローは、コンピュータ装置１のＣＰＵ２により読み込まれたメインプログラムが実行されることにより、実現される。
【００５１】
まず、スタート後のステップＳ１において、ドアの開閉操作性の評価条件を設定する。すなわち、一般的に、車両用ドアの操作感については男女差や年齢差、或いは体格による差異が大きいので、操作者のタイプによって評価の基準を変更することが好ましい。また、ドアの手応えの評価に関しては車種による差異も大きいので、車種のタイプによっても評価基準を変更することが好ましい。さらに、操作感の評価をよりきめ細かく行おうとすれば、操作者の手や腕の各関節毎の筋負担度合いを一律に（例えば４０％以下）設定するのではなく、例えば手首、肘及び肩について個別に設定することが好ましい。そこで、コンピュータ装置１の表示装置６に図９に例示するような画面を表示させて、対話形式でオペレータによる選択操作の入力を受け付けるようにする。
【００５２】
すなわち、オペレータは、同図(a)に示す画面上で、男性、女性、シルバー（男女を問わす、年齢が所定値以上の場合）、若年（男女を問わず、年齢が別の所定値以下の場合）のうちから、模擬演算の対象となる操作者のタイプを選択し、続いて、同図(b)に示す画面上で、ＲＶ車、スポーツ車、軽自動車、セダンのうちから、模擬演算の対象となる車種タイプを選択する。また、この実施形態のシミュレーション装置Ｓでは、上述した縦向きヒンジのドアの他に、スライド式ドアや観音開きドア等にも対応し、ドアの開閉機構のタイプ別に異なる物理モデルを予め構築して、各々対応する演算式を模擬演算プログラムにて選択可能としており、この点についてもオペレータにより選択する。すなわち、同図(c)に示すように、オペレータは、表示装置６の画面上で縦向きのヒンジ式ドア、横向きのヒンジ式ドア（例えばハッチバック車のバックドア）、観音開きドア、スライド式ドアのうちから、模擬演算の対象となるドア開閉機構のタイプ（この実施形態では縦向きのヒンジ式ドア）を選択する。
【００５３】
さらに、オペレータは、図１０に例示するような画面上で、操作者の動作を模擬する多関節モデルにおける各関節毎の主要筋の負担度合い（収縮率）を個別に補正設定する。すなわち、上述の如く、ドアの開閉操作を適正なものとするために、操作性の評価の基準となる筋力データにおいて多関節モデルの主要筋の収縮率は基本的には略４０％以下としているが、よりきめの細かい評価を行えるように、筋負担度合いは各関節毎に個別に補正できるようになっている。この補正は、オペレータがキーボードを操作して各関節毎に個別に入力するものであり、図例では、ヒンジ式ドアの開閉操作を行う多関節アーム１３（上肢部）において、総合筋負担度は１５〜４０％であるが、その上限値は手首関節について＋５％、肘関節について−１０％、また、肩関節については＋１０％の補正がなされている。この各関節毎の補正値は、１度、設定されると、筋負担度補正データＭｄ２としてコンピュータ装置１の記憶手段５に記憶される。
【００５４】
そして、メインフローのステップＳ２では、記憶装置５からドア側特性データＤｄ、身体側データＢｄ、筋力データＭｄ１、筋負担度補正データＭｄ２を読み込み、続くステップＳ３では、記憶装置５から模擬演算プログラム、判定演算プログラム等を読み込む。尚、模擬演算プログラムにおいては、前記ステップＳ１にて選択されたタイプの開閉機構に対応する演算式、即ち物理モデルが設定される。続いて、ステップＳ４において操作点等の設定を行う。これは、ドア及び多関節アーム１３の動作を模擬する模擬演算の初期条件の設定であり、例えば、ドアが閉状態になっているとか、反対に全開状態になっているとか、或いはドアが半開きの状態になっているといった最初の状態によって異なるが、例えば、表示装置６の画面上のアニメーションを見ながら、ドアを操作する操作者の位置及び姿勢が自然なものとなるようにオペレータが視覚的に判断して、設定するようにすればよい。
【００５５】
続いて、ステップＳ５において、物理モデルＭ、即ち模擬演算プログラムに前記初期条件とドア側特性データＤｄ及び身体側データＢｄとを入力し、これらのデータに基づいて微小時間後のドアの位置や多関節アーム１３の姿勢を逐次、記述する演算を行うことにより、当該ドア及び多関節アーム１３の動作を模擬する。その際、多関節アーム１３の手先からドアに加えられる操作力は、ドア側の抵抗力に抗してドアを開操作するか又は閉操作するための必要最小限度の力（必要操作力）とすればよい。
【００５６】
続いて、ステップＳ６において、前記模擬演算の結果として求められる多関節アーム１３の姿勢から、該多関節アーム１３の各関節毎の角度を求め、この角度に対応する適正なトルクの範囲を図５〜７に示すような筋力データから読み出し、この読み出した筋力データと各関節の角度とに基づいて、多関節アーム１３の手先における可操作力楕円体Ｅを求める。こうして、ドアが開閉されるときに操作ノブ１２の移動する軌跡上の各位置においてそれぞれ可操作力楕円体Ｅ、即ち操作者の手先の操作力の適正な範囲が求められる。
【００５７】
そして、ステップＳ７において、前記の如く求めた可操作力楕円体Ｅと必要操作力とを比較することで、ドアの開閉中の各位置において必要とされる操作力が適正な範囲にあるかどうか判定する。すなわち、ドアの操作ノブ１２の軌跡上の各位置においてそれぞれ必要操作力のベクトルを可操作力楕円体Ｅの空間座標に変換して、必要操作力のベクトルが可操作力楕円体の内部に含まれているかどうか判定演算する。そして、ステップＳ８において前記判定の結果をドアの位置、即ち操作ノブ１２の位置やそのときの必要操作力等に対応付けたデータとして記憶装置５に記憶する。
【００５８】
続いて、ステップＳ９において、ドアの操作が終了したかどうか判定する。これは、ドア側データＤｄと前記ステップＳ４で設定した初期条件と模擬演算の結果とに基づいて、ドアの開操作又は閉操作が終了したかどうか幾何学的に判定し、判定がＮＯでドアが開閉移動中であれば、前記ステップＳ５にリターンする一方、判定がＹＥＳでドアの操作が終了していれば、ステップＳ１０に進んで、評価結果の出力を行う。この評価結果の出力としては、例えば、ドアの開閉移動中に常に必要操作力のベクトルが可操作力楕円体Ｅの内部に含まれていれば、ドアを開閉する際の感触が良く、操作性が高いという評価をする一方、必要操作力のベクトルが一部分でも可操作力楕円体Ｅからはみ出していれば、操作性に問題があるとの評価を下すようにすればよい。
【００５９】
また、そのような択一的な評価以外に、例えば図１１にヒンジ式ドアの場合の一つの表示例を示し、また、図１２に観音開きドアの場合の一つの表示例を示すように、ドアの操作ノブ１２とこれを操作する多関節アーム１３とをアニメーション表示するようにしてもよい。その観音開きドアの場合の表示例は、自動車のリヤシートの乗員が車室内からドアを開閉する様子を示すものであるが、これを見ると、ドアのヒンジ１１や操作ノブ１２の位置と操作者の位置との関係が操作性に大きな影響を及ぼすことが直観的に理解できる。そこで、例えば、操作ノブ１２の位置を車体前後方向に変化させてそれぞれ模擬演算を行い、必要な操作力と可操作力楕円体Ｅとの関係を比較することが好ましい。
【００６０】
さらに、前記のような表示に留まらず、例えば、必要な操作力のベクトルが可操作力楕円体Ｅからはみ出したときには、自動的に操作ノブ１２の位置を車体後方に所定量、変更するという提言を行うようにしてもよいし、或いはヒンジ１１のバネ力を低減して操作力を低下させるという提言を行うようにしてもよい。
【００６１】
また、ドアの開閉する様子とその途中で操作性が変化する様子とを互いに対応付けて表示するのが好ましい。例えば、図１３にスライド式ドアの場合の表示例を示すように、操作者が全閉状態のドアを開く様子を車体上方から見た平面視でアニメーション表示するとともに、これに対応付けて、当該ドアの移動量と操作力の変化とを示すグラフ、或いはドアの操作部の軌跡とその軌跡上の各位置における操作性の評価等を表示するようにすればよい。このようにすれば、ドアの開閉の途中で操作の容易性が変化する様子が視覚によって容易に把握できるようになる。
【００６２】
ところで、スライド式ドアの操作部は、手前に引くことでドアロックを解除するプルハンドルになっていることが多い。この場合にそのプルハンドルがドアのスライド方向に長いものであると、操作者が最初にプルハンドルを引き操作する方向は、車体上方から見た平面視でドアのスライド方向に対し略４０度以上且つ５０度未満の角度になることが分かった。これは、通常、操作者がドア本体に対し予めその移動する側（車体後方側）に立って、プルハンドルを操作するからである。換言すれば、模擬演算の際に操作者のドアに対する相対位置（幾何的データ）は、該操作者が最初にプルハンドルを操作する方向が前記のものとなるように設定するのが好ましく、こうすることで、実際の操作に近い正確な模擬演算を行って、ドアの操作性に関する正確な評価を得ることができる。尚、プルハンドルの最初の操作方向は、ドアのスライド方向に対して略４５度とするのが特に好ましい。
【００６３】
また、図１４(a)に示すように、仮にプルハンドルＰの操作方向がドア本体Ｄの表面に対して略９０度である場合、これを略４５度傾いた方向から操作するには、本来の操作力Ｆ１よりも大きな操作力Ｆ２（Ｆ２＝Ｆ１×√２）が必要になる。これに対し、例えば、同図(b)に示すようにプルハンドルＰをドア本体Ｄに対して略１５度傾け、その操作方向をドア本体Ｄの表面に対し略７５度となるようにすれば、このプルハンドルＰを略４５度傾いた方向から操作する操作力Ｆ３は、Ｆ３＝Ｆ１×（２／√３）となり、ドアの操作力を略２０％低減することができる。
【００６４】
尚、前記スライド式ドアの場合には、上述した縦向きのヒンジ式ドアとは異なり、操作者の肩の位置（多関節アーム１３の基端部）をドアのスライド移動に応じて、そのスライド方向に移動させるようにする。こうすれば、模擬演算を簡略化しつつその精度を確保できる。
【００６５】
前記図８に示すフローのステップＳ１により、筋力データＭｄ１として設定された多関節アーム１３の各関節毎の発生トルクの範囲をコンピュータ装置１への操作入力に応じて個別に補正する補正手段１ａが構成されている。また、ステップＳ２〜５により、物理モデルＭに対してドア側データＤｄと身体データＢｄとをそれぞれ入力して模擬演算を行う模擬演算手段１ｂが構成され、そのうちでも特にステップＳ３は、ドア開閉機構のタイプに関する選択操作入力に基づいて、記憶装置５から物理モデルＭを読み出して設定する物理モデル設定手段１ｃに対応している。
【００６６】
また、前記フローのステップＳ６〜８により、筋力データＭｄ１及び前記補正手段１ａによる筋負担度補正データＭｄ２と、前記模擬演算手段１ｂによる模擬演算の結果とに基づいて、ドアを開閉する際に操作者の筋負担度合いが適正範囲に維持されるかどうか判定する判定演算手段１ｄが構成されている。この判定演算手段１ｄは、模擬演算手段１ｂによる演算結果に基づいて、ドアの開閉中の各位置において操作者に必要とされる操作力を演算する必要操作力演算部（ステップＳ５）と、前記模擬演算手段１ｂにより演算された手及び腕の姿勢と筋力データＭｄ１等に基づいて、前記ドアの各位置における手先の操作力の適正範囲（可操作力楕円体Ｅ）を演算する適正操作力演算部（ステップＳ６）と、前記必要操作力と適正操作力の範囲とを比較して、操作者の筋負担度合いが適正な範囲にあるかどうか判定する比較判定部（ステップＳ７）とを備えるものである。
【００６７】
さらに、前記フローのステップＳ１０により、前記判定演算手段１ｄによる判定の結果に基づいて、ドアの開閉操作の容易性に関する評価を出力する評価出力手段１ｅが構成されている。
【００６８】
したがって、この実施形態に係るドア操作性評価のためのシミュレーション装置Ｓによると、ドアを開閉する操作者のタイプや自動車の車種タイプ、或いはドアの開閉機構のタイプを選択して、物理モデルＭを用いた模擬演算により操作者の手や腕の姿勢とドアの操作に必要な力とを逐次、求めるとともに、その手や腕による操作力の適正な範囲を予め統計的ないし実験的に求めた筋力データに基づいて求め、それらを比較することにより、ドアの開閉操作の容易性を正確に且つ容易に評価することができる。
【００６９】
その際、前記操作力の適正範囲に関するデータが予め車種や操作者のタイプ別に準備されていて、オペレータの選択操作に応じてコンピュータ装置１の記憶装置５から読み出されるようになっているので、操作者の体格や筋力が大きく異なったり、或いは車種のタイプが異なったりしても、そのことによらず正確な評価を行うことができる。
【００７０】
また、前記の模擬演算では操作者の手や腕を多関節アーム１３により模擬し、判定演算では多関節アーム１３の手先の可操作性を可操作力楕円体Ｅにより定量的に評価するようにしており、しかも、その可操作力楕円体Ｅの演算に当たっては人間の腕に固有の特性を考慮して、多関節アーム１３の各関節毎の発生トルクを関節角度に依存するものとして取り扱うようにしているので、ドアの開閉操作のように動作の範囲が大きい場合でも人間の腕の特性を良く反映させて、正確な判定演算により精度の高い評価を行うことができる。
【００７１】
【発明の効果】
以上、説明したように、本願の請求項１、２の発明に係るドア操作性評価のためのシミュレーション装置によると、少なくとも、ドア、操作者の手及び腕並びにそれら相互の関係についての幾何的データ、並びにドアの開閉操作の抵抗力に関する抵抗力データがそれぞれ物理モデルに入力され、これを基に操作者の姿勢の変化やドアの移動状態を模擬する演算を行い、この演算の結果と予め統計的或いは実験的に求めた筋負担度合いの適正範囲に関する筋力データとから、手先の操作力の適正範囲を表す可操作力楕円体を求めて、この可操作力楕円体とドアの開平操作に必要な力とを比較することにより、ドアの開閉操作の容易性に関する正確な評価を行うことができる。
【００７２】
しかも、操作者の手や腕を模擬する多関節モデルの各関節毎に発生トルクの適切な範囲を関節角度に応じて設定しておき、これに基づいて可操作力楕円体を求めることにより、人間の腕の特性を反映させたより正確な模擬演算を行うことができる。特にヒンジ式のドアについて、また、スライド式のドアについて、それぞれ操作性の評価精度を確保しながら、模擬演算を簡略化できる。
【００７３】
請求項４の発明によると、筋力データを車種又は操作者の少なくとも一方のタイプ別に準備しておいて、判定演算の際に評価の対象となる車種又は操作者の少なくとも一方のタイプに応じて選択することで、老若男女を問わず、また車種のタイプを問わず、ドアの操作性を正確に評価することができる。
【００７４】
請求項５の発明によると、ドアの開閉機構のタイプ別に異なる物理モデルを予め構築しておいて、模擬演算の際に評価の対象となる開閉機構のタイプに応じて設定することで、模擬演算を簡略化、容易化できる。
【００７５】
請求項６の発明によると、ドア操作性の評価として開閉中のドア操作部の軌跡とその軌跡上の各位置におけるドア操作性の評価とを表示することで、ドアの開閉途中で変化する操作性について視覚により容易に把握することができる。
【００７６】
請求項７の発明によると、ドアの形状、重量等のデータに基づいて操作の抵抗力、即ち必要操作力を正確に求めることができ、このことによっても正確な操作性の評価が行える。
【００７７】
請求項８の発明によると、各関節の主要筋の収縮率が略４０％以下となるように設定することで、関節トルクの適正範囲を適切に設定できる。
【００７８】
請求項９の発明によると、予め設定されている各関節毎の適正なトルクの範囲を個別に補正することで、よりきめの細かい評価が可能になる。
【００７９】
請求項１０の発明によると、ドアの操作性の判定演算の内容が具体化されて、請求項７の発明の効果がより確実なものとなる。
【００８０】
請求項１１の発明によると、スライド式ドアのプルハンドルを最初に引くときの操作方向をドアのスライド方向に対し所定の角度とすることで、実際の動作に極めて近い模擬演算を行って、操作性の正確な評価を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態に係るシミュレーション装置の全体構成図である。
【図２】 縦向きのヒンジ式ドアを開閉する操作を模擬する物理モデルの説明図である。
【図３】 手及び腕の多関節モデルの構成を示す説明図である。
【図４】 一般的な多関節アームの構成を示す説明図である。
【図５】 手首の各関節の主要筋の収縮率が略４０％以下になるように、その角度に対応付けて発生し得るトルクを実験的に設定した筋力データの説明図である。
【図６】 肘の各関節に関する図４相当図である。
【図７】 肩の各関節に関する図４相当図である。
【図８】 シミュレーションプログラムの流れを示すフローチャート図である。
【図９】 (a)操作者のタイプ、(b)車種タイプ、(c)開閉機構タイプをそれぞれ選択する画面の説明図である。
【図１０】 筋負担度合いの補正データを設定する画面の説明図である。
【図１１】 操作者がヒンジ式ドアを開く様子を表わす評価結果の表示例を示す図である。
【図１２】 観音開きドアについての図１１相当図である。
【図１３】 スライド式ドアについての評価結果の表示例を示す図である。
【図１４】 スライド式ドアのプルハンドルの操作方向と必要な操作力との関係を模式的に示した説明図である。
【符号の説明】
Ｓ シミュレーション装置
１ コンピュータ装置
１ａ 補正手段
１ｂ 模擬演算手段
１ｃ 物理モデル設定手段
１ｄ 判定演算手段
１ｅ 評価出力手段
５ 記憶装置（記憶手段）
６ 表示装置（出力手段）
１０ ドア本体（物理モデル）
１１ ヒンジ（物理モデル）
１２ 操作ノブ（ドア操作部）
１３ 多関節アーム（物理モデル）[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present invention relates to an apparatus for evaluating the ease of opening / closing operation of a vehicle door and a control program therefor, and in particular, a simulation that enables verification of operability at an early stage of design without using a prototype vehicle or the like ( Belongs to the technical field of simulation).
[0002]
[Prior art]
  Conventionally, in the field of vehicle body design, in general, it is possible to verify to some extent from the initial stage of design for various requirements such as improving body rigidity while ensuring comfort and further improving aerodynamic characteristics. Possible application of simulation technology.
[0003]
  In recent years, with the rapid advancement of computer technology, 3D CAD is also used in the design area, and from sketch to part of modeling is performed in a virtual space. The modeling image can be easily realized from the initial stage, and repetition of trial and error can be performed quickly.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
  On the other hand, it is difficult to say that the application of simulation is progressing in an area where ergonomics is applied, such as habitability and getting on and off. This is because it is difficult to accurately perform virtual verification using a physical model because the feelings of comfort and feeling of use vary greatly from person to person, especially because of differences between men and women, age differences, or physiques. it is conceivable that.
[0005]
  In particular, the door opening / closing operation is unlikely to be performed by all the passengers including children, unlike the steering operation and the like by the driver. In addition, the door is much larger and heavier than the steering, etc., so it is greatly affected by differences in physique and muscular strength.Further, because the door has a wide movable range, the posture change of the operator during opening and closing is also large. In addition, the posture of the operator may vary greatly depending on the type of the door opening / closing mechanism, and these various factors cause the accuracy of verification by simulation to be reduced.
[0006]
  In addition, the response when opening and closing the door varies greatly depending on the vehicle type. For example, in the case of a compact car, a light-responsive vehicle tends to be preferred. On the other hand, a large RV vehicle requires a suitable response. In the case of a high-class sedan or the like, high quality and a sense of security are important. In other words, the operability evaluation criteria itself changes depending on the vehicle type, which also makes accurate verification by simulation difficult.
[0007]
  The present invention has been made in view of such various points. The object of the present invention is to limit the purpose of the simulation to the evaluation of the operability of the vehicle door, and to devise solutions to the above problems. The aim is to provide a door design support device that can provide an optimum feeling of operation for each vehicle type regardless of gender.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
  In order to achieve the above-described object, the solution means of the present invention performs a calculation that simulates a posture change of an operator who opens and closes a door using a computer device or the like, and the calculation result is calculated within an appropriate range of the degree of human muscle strain. Compared with data prepared in advance, the ease of operation was evaluated.
[0009]
  Specifically, the invention of claim 1 is directed to a simulation device for evaluating the ease of opening and closing operations of a vehicle door. At least the hand and arm posture changes of an operator who opens and closes the door, and the door A physical model for simulating the moving state, geometric data about at least the door, the operator's hand and arm, and their relationship, and resistance data regarding the resistance of the door opening / closing operation were input. Using the physical model, a simulation calculation means for performing a simulation calculation on the door, the operation of the operator's hand and arm, and at least for each joint of the operator's hand and arm, the degree of muscle burden according to the angle Based on the muscle strength data in which the appropriate range is set and the result of the simulation calculation by the simulation calculation means, the degree of muscle burden on the operator is maintained in the appropriate range when the door is opened and closed. A determination calculation unit whether, and an evaluation output means for outputting an evaluation of the ease of opening and closing operation of the door based on the result of the determination by the determination operation means.
[0010]
  And the physical model has an articulated model that simulates at least the hand and arm of the operator,The muscle strength data is a range of torque generated according to the angle of each joint so that the degree of burden on the main muscles is within a predetermined range for each joint of the multi-joint model that simulates the hand and arm of the operator. The door is a hinge type that rotates about the vertical axis of the vehicle body, and the simulation calculation means is provided on the condition that the position of the operator's shoulder does not change relative to the vehicle body It is configured to perform simulated calculations below,The determination calculation means obtains an angle for each joint from the posture of the operator's hand and arm obtained by the simulation calculation, and determines an appropriate range of the manipulation force of the hand based on the angle and the muscle strength data. Is the manipulating force ellipsoid represented and compared with the manipulating force ellipsoid and the force required to operate the door? It is configured to determine whether or not.
[0011]
  With the above configuration, when evaluating the operability of the vehicle door, the simulation device of the simulation apparatus is based on at least geometric data about the door and the hand and arm of the operator and data on the resistance force of the door. A simulation calculation is performed, and a change in the position and posture of the operator's hand and arm that opens and closes the door and the movement state of the door are mathematically described in virtual space coordinates. Then, based on the operator's hand and arm posture required by the simulation calculation and the force necessary for the door operation and the data relating to the appropriate range of the muscle load of the operator, the determination calculation means It is determined whether or not the operator's muscle strain at each position during the opening and closing movement is within an appropriate range. Based on the result of this determination, an evaluation regarding the ease of opening and closing the door is output by the evaluation output means.
[0012]
  Specifically, it is a set of hand operation forces (vectors) that can be realized by appropriate torque generated by each joint while simulating the operator's hand and arm with an articulated model, describing changes in posture, etc. Whether or not the maneuverability of the operator is appropriate by obtaining the manipulative ellipsoid and comparing it with the vector of the maneuvering force necessary for door operation (obtained by the simulation). Can be determined.
[0013]
  Moreover, as the muscle strength data that is the basis for finding the manipulative ellipsoid,An articulated model that simulates the hand and arm of the operatorFor each joint, For each joint so that the degree of burden on its main muscles is within a predetermined rangeSince an appropriate range of the generated torque is set according to the angle of the maneuver, an manipulative ellipsoid reflecting the characteristics of the human arm can be obtained, and more accurate simulation calculation can be performed. The muscular strength data may be obtained and set in advance, for example, statistically or experimentally.
[0014]
  In addition, when the door is of a hinge type, it is noted that the ease of opening and closing operation can be evaluated sufficiently and accurately only with the movement of the hand and arm. In this case, the operator's The simulation calculation is performed under the condition that the position of the shoulder does not change with respect to the vehicle body, which can reduce the calculation amount and simplify the simulation calculation.
[0015]
  The invention of claim 2 is directed to a simulation device for evaluating the ease of opening and closing a vehicle door, as in the invention of claim 1, and changes in posture of at least hands and arms of an operator who opens and closes the door. , And a physical model for simulating the moving state of the door, at least the door, the operator's hand and arm, geometric data on the relationship between them, and resistance data regarding the resistance of the door opening / closing operation Using the physical model input respectively, simulation calculation means for performing a simulation calculation on the operation of the door, operator's hand and arm, and at least for each joint of the operator's hand and arm according to the angle The appropriate range of muscle strain is set. Determination calculation means for determining whether or not the degree of muscle burden on the operator is maintained in an appropriate range when opening and closing the door based on the muscular strength data and the result of the simulation calculation by the simulation calculation means, and the determination calculation means Evaluation output means for outputting an evaluation relating to the ease of opening and closing the door based on the result of the determination.
[0016]
  The physical model has at least an articulated model that simulates the hand and arm of the operator, and the muscle strength data is obtained for each joint of the articulated model that simulates the hand and arm of the operator. The range of generated torque is set according to the angle of each joint so that the degree of burden of each is within a predetermined range, and the door is a slide type in which the door slides in the longitudinal direction of the vehicle body, and the simulation The calculation means is configured to perform a simulation calculation under the condition that the position of the operator's shoulder moves in the sliding direction according to the sliding movement of the door, and the determination calculation means performs the simulation calculation by the simulation calculation. Obtain the angle for each joint from the obtained posture of the operator's hand and arm, and obtain an operable force ellipsoid representing the appropriate range of the operating force of the hand based on this angle and the muscle strength data. By comparing the forces and necessary for this manipulability force ellipsoid and operation of the door, the muscle burden degree of hand and arm of the operator and determining whether configuration is maintained in a proper range.
[0017]
  With the above configuration, the invention of claim 2 can obtain substantially the same action as the invention of claim 1, and when the door is a sliding type, the position of the operator's shoulder is the slide of the door. By performing the simulation calculation under the condition of moving in the slide direction according to the movement, the simulation calculation can be simplified by reducing the amount of calculation while ensuring the required evaluation accuracy.
[0018]
  Here, with respect to the muscular strength data, an operator such as a gender or an age difference is classified in advance according to a vehicle type or at least one type of operator, that is, according to a vehicle type such as a sedan, a sports car, or an RV car. Depending on the type, it is better to store them separately in the storage means. In the determination calculation, the muscle strength data is read from the storage means in accordance with the selection operation input related to at least one of the vehicle type or the operator to be evaluated, and the determination calculation is performed based on the data. Is preferred (claims)4Invention). In this way, even if the physique and muscle strength of the operator who opens and closes the door are greatly different, or the vehicle type is different, and the range of appropriate operating force is greatly different, it is accurate regardless of that. Evaluation can be made.
[0019]
  Also, the physical model is stored in advance in the storage means for each type of the door opening / closing mechanism, and the physical model setting means inputs selection operation regarding the type of the door opening / closing mechanism in the simulation calculation. Accordingly, it is preferable to read out from the storage unit and set it.5Invention). That is, the door opening / closing mechanism includes a vertical hinge type, a horizontal hinge type, a slide type, and the like, and the operation of the operator varies greatly depending on this type. Therefore, the simulation calculation can be simplified and facilitated by constructing and storing a physical model for each type in advance and reading and setting the physical model.
[0020]
  And claims6As an invention, the evaluation output means preferably displays the locus of the door operation unit during opening and closing of the door and the evaluation of the door operability at each position on the locus. In this way, it is possible to easily grasp visually how the door opens and closes and how the ease of operation changes in the middle.
[0021]
  Claim7In the invention, the resistance force data is for at least one of the shape of the door, the weight, the direction of the opening / closing operation, and the distance from the fulcrum of the operation point, and using this data, the resistance force of the door opening / closing operation is used. Is calculated. This makes it possible to accurately calculate the resistance force in the opening / closing operation of the door, that is, the operation force necessary for opening / closing, thereby enabling accurate evaluation of operability..
[0022]
  In the invention of claim 8, the claim of claimEither 1 or 2In the invention, the muscle strength data is set so that the contraction rate of the main muscle is approximately 40% or less for each joint of the multi-joint model. By doing so, an excessive force is not applied to all joints of the operator's hand and arm, and an appropriate operational feeling can be obtained.
[0023]
  In the invention of claim 9, the claimEither 1 or 2According to the invention, there is provided correction means for individually correcting the range of generated torque for each joint set as muscle strength data in accordance with a predetermined operation input. By carrying out like this, fine evaluation can be performed compared with the case where the degree of the burden of all the main muscles is determined uniformly.
[0024]
  In the invention of claim 10, the claimEither 1 or 2The determination calculation means in the invention is calculated by the required operation force calculation unit for calculating the operation force required by the operator at each position during opening and closing of the door based on the calculation result by the simulation calculation means, and the simulation calculation means. An appropriate operating force calculation unit that obtains an operating force ellipsoid that is an appropriate range of the operating force of the hand at each position of the door based on the hand and arm postures and muscle strength data, and the necessary operating force and A comparison / determination unit that compares the operation force ellipsoid and determines whether or not the degree of muscle load on the operator's hand and arm is maintained in an appropriate range is provided.
[0025]
  In this configuration, the geometric state of the door at each position during the opening and closing of the door is obtained as a result of the simulation calculation by the simulation calculation means, and the resistance force on the door side in each state, that is, the required operation force is converted into the resistance data. Based on this, the required operating force calculation unit calculates. On the other hand, the posture of the operator's hand and arm, that is, the angle for each joint of the multi-joint model is obtained based on the result of the simulation calculation, and the manipulating force that is an appropriate range of the manipulating force of the hand at this posture The ellipsoid is calculated by the appropriate operation force calculation unit based on the muscle strength data. Then, the required operation force and the manipulative force ellipsoid are compared by the comparison / determination unit, whereby an accurate determination is made as to whether or not the operator's muscle strain is in an appropriate range..
[0026]
  Claim11In the invention of claim2In the invention, when the operation portion of the door is a pull handle that is long in the sliding direction of the door and releases the door lock by pulling forward, the relative position of the operator with respect to the door in the geometric data is When a person pulls the pull handle of the door in the closed state, the direction of the pulling operation makes an angle of about 40 degrees or more and less than 50 degrees in a plan view as viewed from above the vehicle body with respect to the sliding direction of the door. Shall be set.
[0027]
  That is, in the case of the slide door having the above-described configuration, the initial operation direction of the pull handle is different from the movement direction of the entire door, and thus the position and posture of the operator with respect to the door have a great influence. Specifically, as a result of experimental research based on ergonomics, the inventor of the present application generally indicates that the direction in which the operator first pulls the pull handle of the closed sliding door is usually the vehicle body relative to the sliding direction of the door. It has been found that the angle is approximately 40 degrees or more and less than 50 degrees when viewed from above. Therefore, in the present invention, by using geometric data in which the positional relationship between the door and the operator is set based on the above knowledge, a simulation calculation very close to the actual operation is performed, and an accurate evaluation on operability is obtained. be able to.
[0028]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
  Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0029]
  (Overall configuration of simulation device)
  FIG. 1 is a conceptual diagram showing an overall configuration of a simulation apparatus S for door operability evaluation according to an embodiment of the present invention. This device S is intended to quantitatively evaluate the operability of the door at the initial stage of vehicle door design and development, and the change in the posture of the operator who opens and closes the door and the movement state of the door Are described by mathematical formulas, and the computer device 1 performs a simulation (simulation) for simulating in a three-dimensional virtual space, and based on the result, the degree of muscle burden on the operator is determined.
[0030]
  As is well known, the computer device 1 includes a processor 2 (hereinafter referred to as a CPU), a ROM 3, a RAM 4, and the like, as well as a storage device 5 such as a hard disk drive (HDD) and an optical disk drive (MO), and a CRT monitor ( A display device 6 such as a CRT) or a liquid crystal display (LCD) is connected. Further, although not shown, an output device such as a printer, an input device such as a keyboard and a mouse for receiving an input operation by an operator are also connected.
[0031]
  The storage device 5 electronically stores a calculation program for simulating door and operator movements and a door operability evaluation program, and at least as data for these calculations, Further, door-side characteristic data Dd, body data Bd, muscle strength data Md1, and muscle strain correction data Md2 are stored. When the program is started, a required program is read from the storage device 5 by the CPU 2 of the computer device 1 and is executed resident in the RAM 4.
[0032]
  Next, the contents of the simulation operation will be specifically described with reference to FIGS. 2 to 4. First, in the case of the hinged door shown in FIG. 2, a physical model M that simulates the state of the door and its operator. Is arranged at a predetermined position on the surface of the door body 10, a hinge 11 that rotatably supports a base end portion (right end portion in the drawing) around a vehicle body side shaft (not shown), and the door body surface. It comprises an operation knob 12 and a multi-joint arm 13 that simulates the hand and arm of an operator (shown in phantom lines) who grasps and operates the operation knob 12.
[0033]
  The door body 10 is simulated by a flat rigid body having a predetermined thickness, and geometric data such as its weight and shape in plan view is stored in the storage device 5 as door-side characteristic data Dd. Further, data (geometric data) such as a position and an inclination angle of the hinge 11 with respect to the door main body 10 or data of a resistance force such as a frictional resistance force and a spring force accompanying the rotation of the hinge 11 is also included in the door characteristic data Dd. Furthermore, the position (geometric data) of the operation knob 12 with respect to the door body 10 and the distance (geometric data, resistance data) between the axis 11 of the hinge 11 are also included in the door characteristic data Dd. . Therefore, if the door characteristic data Dd is input to the physical model M, the trajectory of the operation knob 12 when the door is opened and closed and the operation force necessary for opening and closing (required operation force) are obtained.
[0034]
  On the other hand, the multi-joint arm 13 includes a hand part 14, a wrist joint 15, a forearm part 16, an elbow joint 17, an upper arm part 18 and a shoulder joint 19 in order from the distal end side, and the wrist joint 15 is the first joint part. And the second joint, the elbow joint has the first and second joints, and the shoulder joint 19 has the first to third joints. Specifically, the human wrist joint 15 has two degrees of freedom of rotational movement, and as shown schematically in FIG. 3, the wrist joint 15 is in the orthogonal coordinates XYZ fixed to the base end of the hand portion 14. If the longitudinal direction of the hand portion 14 is X, the width direction is Y, and the thickness direction is Z, it does not rotate around the X axis, but rotates around a Y axis within a relatively large range. On the other hand, it rotates within a relatively small range around the Z axis.
[0035]
  From this, a human wrist joint can be simulated by two rotary joints. If the rotary joint around the Y axis is the wrist first joint and the rotary joint around the Z axis is the wrist second joint, The movable range of one joint is approximately ± 80 °, and the movable range of the second wrist joint is approximately −40 ° to + 20 ° (see FIG. 5). Similarly, the elbow joint 17 can also be simulated by two rotary joints, and rotates around the X axis in which the forearm portion 16 extends in an orthogonal coordinate XYZ fixed to the base end of the forearm portion 16. The elbow first joint has a movable range of approximately −60 ° to + 80 °, and the elbow second joint around the Y axis orthogonal to the X axis has a movable range of approximately −140 ° to 0 °. (See FIG. 6).
[0036]
  Further, the shoulder joint 19 is rotatable around all axes in the orthogonal coordinates XYZ fixed to the base end of the upper arm portion 18, and the shoulder first joint extends from the upper arm portion 18. The X-axis has a movable range of approximately −80 ° to + 80 °, and the shoulder second joint has a movable range of approximately −45 ° to + 80 ° around the Y-axis extending in the front-rear direction of the human body. In addition, the shoulder third joint has a movable range of approximately −10 ° to + 170 ° around the Z axis in the vertical direction (see FIG. 7).
[0037]
  Therefore, the multi-joint model of the human hand and arm in the physical model M is a multi-joint link mechanism composed of three links and seven rotary joints. In this embodiment, the hand portion modeled as such 14, body dimension data (geometric data) such as length is input to each of the forearm portion 16 and the upper arm portion 18 to constitute the articulated arm 13. These body dimension data are stored in the storage device 5 as body data Bd preset for each operator type, such as gender and age, for example. As will be described in detail later, a selection operation related to the operator type is performed by a computer. When input to the device 1, the data is read from the storage device 5 and input to the physical model M accordingly. When the computer apparatus 1 performs the simulation calculation, the posture of the articulated arm 13 that changes as the door is opened and closed is described by a mathematical expression.
[0038]
  In the case of such a vertical hinged door, it is considered that the ease of opening and closing operation can be evaluated sufficiently and accurately simply by analyzing the movements of the hands and arms. The above operation may be ignored, and the simulation calculation may be performed with the position of the shoulder joint 19 fixed. By doing so, it is possible to reduce and simplify the calculation amount of the simulation operation.
[0039]
  By the way, various methods for analyzing the motion of the multi-joint arm 13 described by mathematical expressions have already been studied in the field of robot engineering. Generally, when the number of joints is large, the tip of the arm (hand) A coordinate conversion technique is used in which the coordinates of the position and orientation (direction) are converted into rotational angle coordinates for each joint. That is, as shown in an example in FIG. 4, a general articulated arm A composed of n rotational joint link mechanisms is numbered 1, 2,..., N from the pedestal side to each joint of the link mechanism. In addition, all joint displacements θiA joint displacement vector obtained by collecting (i = 1, 2,..., N) is expressed as θvec = (θ1, Θ2, ..., θn) ∈RnAnd the posture of the arm A can be expressed using this θvec (hereinafter simply abbreviated as θ). The hand position vector rvec consisting of the position and orientation of the tip of the arm A is rvec = (r1, R2, ..., rm) ∈Rm(0 ≦ m ≦ 6) (hereinafter simply abbreviated as r). M and n represent the degree of freedom of the link mechanism (number of joints) and the degree of freedom of the hand, respectively.m, RnRepresents m-order and n-order Euclidean spaces, respectively.
[0040]
  In general, the relationship between the hand position vector r and the joint displacement vector θ is nonlinear.
            r = f (θ) (Formula 1)
Represented as: Here, the function f () represents a nonlinear mapping from θ to r, and if θ is given, r is uniquely determined, but the reverse is not true. Further, the relationship between the velocity vector r ′ of the hand of the articulated arm A and the joint velocity vector θ ′ can be obtained by differentiating the above (Equation 1) with respect to time.
            r ′ = J (θ) θ ′ (Formula 2)
Represented as: However, J (θ) (hereinafter simply abbreviated as J) is a Jacobian matrix for r θ.
            J = ∂r / ∂θ (Formula 3)
Given by. In other words, J is a transformation matrix that associates θ ′ with r ′.
[0041]
  Further, according to the above (Equation 2), between the minute displacement δr of the hand of the articulated arm A and the minute displacement δθ of the joint,
            δr = Jδθ (Formula 4)
On the other hand, assuming that the operating force of the hand of the articulated arm A is a vector Fvec (hereinafter simply abbreviated as F), a joint torque vector equivalent to this operating force vector F is τvec∈R.n(Hereinafter simply abbreviated as τ), the principle of virtual work
            δθTτ = δrTF (Formula 5)
Is established (θTOr rTSuperscript "T"Indicates a transpose matrix). Therefore, from the above (Formula 4) and (Formula 5), the joint torque is
            τ = JTF (Formula 6)
As given. If F is given in this equation, τ is uniquely determined, but the reverse is not true.
[0042]
  As described above, if a relational expression for associating the operating force F of the hand of the multi-joint arm A and the joint torque τ is obtained, for example, the hand that can be realized by the joint torque satisfying the relation ‖τ‖ ≦ 1. The set of operating forces F is given by (Formula 6).
            FTJJTF ≦ 1 (Expression 7)
R given asmIt becomes a space ellipsoid E. The ellipsoid E is a well-known manipulating force ellipsoid having m principal axes in a virtual m-dimensional space, and can easily exert a large force in a direction in which the principal axis radius is long. This means that it is difficult to exert a great force in the short direction.
[0043]
  By introducing the manipulative force ellipsoid E, the operability of the door by its hand can be quantitatively evaluated based on each joint torque of the articulated arm 13. That is, for example, the range of torque generated for each joint is set so that the degree of strain on the muscles of the hands and arms is within an appropriate range so that a good feel can be obtained. If a set of forces F (manipulating force ellipsoid E) that can be generated by the hand is obtained, the manipulating force ellipsoid E is distributed with an appropriate manipulating force (vector) so that a human can feel a good feeling. Will be shown. The direction in which the door is operated has a great influence on the operability, but the influence of the direction of the hand at that time is considered to be small, and the degree of freedom of the hand may be set to 3 in order to simplify the calculation ( r = (r1, R2, R3)). In this way, the manipulating force ellipsoid E becomes a three-dimensional space ellipsoid as illustrated in FIG. 2, and does the manipulating force ellipsoid E include the vector F of the manipulating force necessary for the door operation? The operability can be determined depending on whether or not.
[0044]
  Here, in general, the joint of the robot arm is rotationally driven by an electric motor or the like and generates a constant torque regardless of the rotation angle. In the case of a human arm, the torque that can be generated by each joint. Therefore, when the arm posture changes, the operational feeling may change accordingly. That is, even if the operating force required at the hand is the same, for example, if the torque that can be generated by the elbow joint 17 decreases, the operator feels that the operation of the door has become heavy.
[0045]
  Regarding this point, in this embodiment, when the human hand and arm are simulated by the multi-joint arm 13 as described above, the joint torque vector τ of the arm 13 is not set to a constant value as in the robot arm, but each joint As the angle changes every time, the magnitude of the generated torque is changed to reflect the characteristics of the human arm, and the manipulating force ellipsoid E is changed based on the joint torque vector τ thus changing. I want to ask. That is, first, as shown in FIGS. 5 to 7, for example, a range of torque that can be generated in an appropriate state for each joint according to the angle is obtained by a statistical method, experiment, or the like, and is obtained from the muscle strength data Md1. Is stored in the storage device 5.
[0046]
  Specifically, the graphs of FIGS. 5 to 7 show the upper limit value of the generated torque so that the contraction rate of the main muscles is within a predetermined range (approximately 40% or less in the illustrated example) for each joint of the wrist, elbow and shoulder. Is set in association with the joint angle, and although the tendency is different, it can be seen that the torque changes depending on the joint angle. For example, in the case of the first joint of the wrist shown in FIG. 5A (rotary joint around the Y axis), the magnitude of the torque generated when the muscle contraction rate is approximately 40% varies greatly within the movable range of the joint. “+” Direction indicated by a solid line in the figure, that is, when the hand portion 14 is rotated toward the palm side, and conversely “−” direction, that is, when the hand portion 14 is moved toward the back side. In both cases, a torque peak is seen when the rotation angle is near zero degrees. That is, in the case of the wrist first joint, it can be understood that the force is most easily generated at the neutral position. On the other hand, in the case of the wrist second joint shown in FIG. 5 (b), the largest torque is obtained when returning from the position rotated to the maximum in the opposite direction in both the “+” direction and the “−” direction. Can be seen.
[0047]
  For example, in the case of the first elbow of the elbow shown in FIG. 6 (a), when twisting the hand and forearm so that the thumb is directed from the outside to the inside of the body, A peak is observed at about 40 °, and the torque gradually decreases toward the “+” direction. Conversely, as shown by the broken line in the figure, when twisting in the “−” direction, a large torque can be output in the range of approximately 0 ° to + 80 °, while when the hand turns over and the joint angle becomes “−”, “ It can be seen that the torque sharply decreases in the “−” direction. In other words, when a human twists his hand and forearm around the elbow joint, the ease of torque generation changes abruptly and the operational feeling changes greatly. Further, although detailed explanation is omitted, the torque of the second joint of the elbow shown in FIG. B and the torque of the first to third joints of the shoulder shown in FIGS. .
[0048]
  The reason why the contraction rate of the main muscle in the above-mentioned muscle strength data is about 40% or less is that the proper operation that humans feel is good when the contraction rate of the main muscle of the joint is about 40% or less. This is because a feeling can be obtained. However, as will be described later, the value of the contraction rate can be individually corrected for each joint by an operation input with a keyboard.
[0049]
  Then, as described above, the computer device 1 performs an operation to simulate the operation of the door and the operator, and the position of the door body 10, the position of the operation knob 12, the multi-joint every predetermined time (for example, 0.01 seconds). The posture of the arm 13 is calculated, and the operation force necessary for either the opening operation or the closing operation of the door is obtained, and the angle of each joint is obtained from the posture of the articulated arm 13, and the angle and the Based on the muscular strength data, the manipulating force ellipsoid E is obtained. Then, the ease of the opening / closing operation of the door is determined by comparing the maneuverable force ellipsoid E, that is, the appropriate range of the operation force of the hand and the force necessary for the operation of the door.
[0050]
  Next, a specific procedure of the simulation calculation and the determination calculation by the simulation apparatus S will be described based on the flowchart of FIG. This flow is realized by executing a main program read by the CPU 2 of the computer apparatus 1.
[0051]
  First, in step S1 after the start, an evaluation condition for door opening / closing operability is set. That is, in general, there is a great difference between men and women, age differences, or physiques regarding the operational feeling of the vehicle door, so it is preferable to change the evaluation criteria depending on the type of operator. Moreover, since there is a large difference depending on the vehicle type regarding the evaluation of the response of the door, it is preferable to change the evaluation standard depending on the type of the vehicle type. Furthermore, if the evaluation of operation feeling is to be performed more finely, the degree of muscle burden for each joint of the operator's hand and arm is not set uniformly (for example, 40% or less), but for example, wrist, elbow and shoulder. It is preferable to set them individually. Therefore, a screen as illustrated in FIG. 9 is displayed on the display device 6 of the computer device 1 so as to accept an input of a selection operation by the operator in an interactive format.
[0052]
  That is, on the screen shown in Figure (a), the operator can select male, female, silver (for men and women, if the age is greater than a predetermined value), young (for both men and women, the age is less than another predetermined value) In the case of (1), the operator type to be simulated is selected, and then, on the screen shown in FIG. 2 (b), simulation is performed from among RV cars, sports cars, light cars, and sedans. Select the vehicle type to be calculated. In addition, in the simulation apparatus S of this embodiment, in addition to the above-described vertical hinge door, it corresponds to a sliding door, a double door, and the like, and a different physical model is built in advance for each type of door opening / closing mechanism, Corresponding calculation formulas can be selected by a simulation calculation program, and this point is also selected by the operator. That is, as shown in FIG. 5C, the operator can select a vertical hinged door, a horizontal hinged door (for example, a back door of a hatchback car), a double door, and a sliding door on the screen of the display device 6. The type of door opening / closing mechanism to be simulated is selected from among them (in this embodiment, a vertically-oriented hinged door).
[0053]
  Furthermore, the operator individually corrects and sets the degree of strain (contraction rate) of the main muscles for each joint in the multi-joint model that simulates the operation of the operator on the screen illustrated in FIG. That is, as described above, in order to make the door opening / closing operation appropriate, the contraction rate of the main muscles of the multi-joint model is basically about 40% or less in the muscular strength data used as the standard for operability evaluation. However, the muscle load level can be individually corrected for each joint so that a finer evaluation can be performed. This correction is input by the operator by operating the keyboard individually for each joint. In the illustrated example, in the articulated arm 13 (upper limb) that opens and closes the hinged door, the total muscle burden is Although the upper limit is 15 to 40%, the upper limit is corrected to + 5% for the wrist joint, -10% for the elbow joint, and + 10% for the shoulder joint. When the correction value for each joint is set once, it is stored in the storage means 5 of the computer device 1 as muscle strain correction data Md2.
[0054]
  In step S2 of the main flow, the door-side characteristic data Dd, the body-side data Bd, the muscle strength data Md1, and the muscle burden degree correction data Md2 are read from the storage device 5, and in the subsequent step S3, a simulation operation program, Read the judgment calculation program. In the simulation calculation program, an arithmetic expression corresponding to the opening / closing mechanism of the type selected in step S1, that is, a physical model is set. Subsequently, operation points and the like are set in step S4. This is the setting of the initial conditions of the simulation calculation that simulates the operation of the door and the articulated arm 13, for example, whether the door is in the closed state, or conversely in the fully open state, or the door is half open. Depending on the initial state, for example, the operator may visually observe the animation on the screen of the display device 6 so that the position and posture of the operator operating the door become natural. It is sufficient to make a determination based on the above.
[0055]
  Subsequently, in step S5, the initial condition, the door side characteristic data Dd, and the body side data Bd are input to the physical model M, that is, the simulation calculation program, and the position and the position of the door after a minute time are based on these data. The operation of the door and the multi-joint arm 13 is simulated by performing calculations that sequentially describe the posture of the joint arm 13. At that time, the operating force applied to the door from the hand of the articulated arm 13 is the minimum necessary force (necessary operating force) for opening or closing the door against the door side resistance force. do it.
[0056]
  Subsequently, in step S6, an angle for each joint of the articulated arm 13 is obtained from the posture of the articulated arm 13 obtained as a result of the simulation calculation, and an appropriate torque range corresponding to this angle is shown in FIG. Are read from the muscular strength data as shown in -7, and the manipulating force ellipsoid E at the hand of the multi-joint arm 13 is obtained based on the read muscular strength data and the angle of each joint. Thus, an appropriate range of the manipulating force ellipsoid E, that is, the manipulating force of the operator's hand, is obtained at each position on the locus of movement of the operation knob 12 when the door is opened and closed.
[0057]
  Then, in step S7, by comparing the manipulating force ellipsoid E obtained as described above with the necessary manipulating force, whether or not the manipulating force required at each position during the opening and closing of the door is within an appropriate range. judge. That is, the vector of the required operating force is converted into the space coordinates of the operable force ellipsoid E at each position on the locus of the door operation knob 12, and the required operating force vector is included inside the operable force ellipsoid. To determine whether it is In step S8, the result of the determination is stored in the storage device 5 as data associated with the position of the door, that is, the position of the operation knob 12, the required operating force at that time, and the like.
[0058]
  Subsequently, in step S9, it is determined whether or not the door operation is completed. This is determined geometrically based on the door-side data Dd, the initial condition set in step S4 and the result of the simulation operation, whether or not the door opening or closing operation is completed. If the opening / closing movement is in progress, the process returns to step S5. On the other hand, if the determination is YES and the door operation is completed, the process proceeds to step S10, and the evaluation result is output. As an output of this evaluation result, for example, if the vector of the required operating force is always included in the manipulative force ellipsoid E during the opening and closing movement of the door, the feel when opening and closing the door is good and the operability is good. On the other hand, if even a part of the necessary operating force vector protrudes from the manipulating force ellipsoid E, it may be evaluated that there is a problem in operability.
[0059]
  In addition to such alternative evaluation, for example, FIG. 11 shows one display example in the case of a hinged door, and FIG. 12 shows one display example in the case of a double door. The operation knob 12 and the articulated arm 13 for operating the operation knob 12 may be displayed as animations. The display example in the case of the double doors shows that the passenger in the rear seat of the car opens and closes the door from the passenger compartment. From this, the position of the hinge 11 and the operation knob 12 of the door and the operator's position are shown. It can be intuitively understood that the relationship with the position greatly affects the operability. Therefore, for example, it is preferable to perform simulation calculations by changing the position of the operation knob 12 in the longitudinal direction of the vehicle body and compare the relationship between the required operation force and the manipulative force ellipsoid E.
[0060]
  Furthermore, the display is not limited to the above-described display. For example, when a necessary operating force vector protrudes from the manipulating force ellipsoid E, the position of the operating knob 12 is automatically changed to a predetermined amount rearward of the vehicle body. Alternatively, the recommendation may be made to reduce the operating force by reducing the spring force of the hinge 11.
[0061]
  Further, it is preferable to display the state in which the door is opened and closed and the state in which the operability changes in the middle of the door in association with each other. For example, as shown in a display example in the case of a sliding door in FIG. 13, an animation is displayed in a plan view of the operator opening the fully-closed door as viewed from above the vehicle body. What is necessary is just to display the graph which shows the amount of movements of a door, and the change of operation force, or the evaluation of the operativity in each position on the locus | trajectory of the operation part of a door, and the locus | trajectory. If it does in this way, it will become easy to grasp visually that the ease of operation changes in the middle of opening and closing of a door.
[0062]
  By the way, the operation unit of the sliding door is often a pull handle that releases the door lock by pulling it forward. In this case, if the pull handle is long in the sliding direction of the door, the direction in which the operator first pulls the pull handle is approximately 40 degrees or more with respect to the sliding direction of the door in a plan view as viewed from above the vehicle body. It was found that the angle was less than 50 degrees. This is because the operator normally stands in advance with respect to the door body and moves the pull handle from the vehicle body rear side. In other words, it is preferable that the relative position (geometric data) of the operator with respect to the door during the simulation operation is set so that the direction in which the operator first operates the pull handle is the same as described above. By doing so, an accurate simulation calculation close to the actual operation can be performed, and an accurate evaluation regarding the operability of the door can be obtained. The initial operation direction of the pull handle is particularly preferably about 45 degrees with respect to the sliding direction of the door.
[0063]
  Further, as shown in FIG. 14 (a), if the operation direction of the pull handle P is approximately 90 degrees with respect to the surface of the door body D, in order to operate it from a direction inclined by approximately 45 degrees, An operation force F2 (F2 = F1 × √2) larger than the operation force F1 is required. On the other hand, for example, if the pull handle P is inclined about 15 degrees with respect to the door body D and the operation direction is about 75 degrees with respect to the surface of the door body D, as shown in FIG. The operating force F3 for operating the pull handle P from a direction inclined approximately 45 degrees is F3 = F1 × (2 / √3), and the door operating force can be reduced by approximately 20%.
[0064]
  In the case of the sliding door, unlike the vertical hinge door described above, the position of the operator's shoulder (the base end portion of the articulated arm 13) is changed according to the sliding movement of the door. Try to move in the direction. In this way, the accuracy can be ensured while simplifying the simulation operation.
[0065]
  The correction means 1a that individually corrects the range of torque generated for each joint of the multi-joint arm 13 set as the muscle force data Md1 according to the operation input to the computer apparatus 1 in step S1 of the flow shown in FIG. It is configured. Further, the steps S2 to S5 constitute the simulation calculation means 1b for performing the simulation calculation by inputting the door-side data Dd and the body data Bd to the physical model M, and among them, the step S3 particularly includes the door opening / closing mechanism. It corresponds to the physical model setting means 1c for reading out and setting the physical model M from the storage device 5 based on the selection operation input related to the type.
[0066]
  Further, in steps S6 to S8 of the flow, the operation is performed when opening and closing the door based on the muscle strength data Md1, the muscle burden correction data Md2 by the correction unit 1a, and the result of the simulation calculation by the simulation calculation unit 1b. The determination calculation means 1d for determining whether or not the person's muscle burden is maintained within an appropriate range is configured. The determination calculation means 1d includes a required operation force calculation unit (step S5) that calculates an operation force required by the operator at each position during opening and closing of the door, based on the calculation result by the simulation calculation means 1b. Appropriate operating force calculation for calculating the appropriate range (operable force ellipsoid E) of the operating force of the hand at each position of the door based on the hand and arm postures and muscle force data Md1 calculated by the simulation calculating means 1b And a comparison / determination unit (step S7) for comparing the required operating force and the range of the appropriate operating force to determine whether the degree of muscle burden on the operator is within an appropriate range. It is.
[0067]
  Furthermore, step S10 of the flow constitutes an evaluation output means 1e that outputs an evaluation regarding the ease of opening and closing the door based on the result of determination by the determination calculation means 1d.
[0068]
  Therefore, according to the simulation apparatus S for door operability evaluation according to this embodiment, the physical model M is selected by selecting the type of the operator who opens / closes the door, the type of vehicle, or the type of the door opening / closing mechanism. Sequentially calculate the posture of the operator's hand or arm and the force required to operate the door by the simulated calculation used, and the muscular strength obtained statistically or experimentally in advance from the appropriate range of operating force by the hand or arm By calculating based on the data and comparing them, the ease of opening and closing the door can be accurately and easily evaluated.
[0069]
  At that time, since the data relating to the appropriate range of the operation force is prepared in advance for each vehicle type and operator type, and is read from the storage device 5 of the computer device 1 according to the selection operation by the operator, Even if a person's physique and muscular strength are greatly different or the type of vehicle is different, accurate evaluation can be performed regardless of this.
[0070]
  In the simulation calculation, the hand and arm of the operator are simulated by the articulated arm 13, and in the determination calculation, the maneuverability of the hand of the articulated arm 13 is quantitatively evaluated by the manipulating force ellipsoid E. In addition, when calculating the manipulating force ellipsoid E, the generated torque for each joint of the multi-joint arm 13 is treated as being dependent on the joint angle in consideration of the characteristics inherent to the human arm. Therefore, even when the range of movement is large, such as door opening and closing operations, it is possible to accurately reflect the characteristics of the human arm and perform highly accurate evaluation by accurate judgment calculation..
[0071]
【The invention's effect】
  As described above, claim 1 of the present application.2According to the simulation apparatus for evaluating the door operability according to the invention, at least the door, the hand and arm of the operator, and the geometric data about the relationship between them, and the resistance data regarding the resistance of the door opening / closing operation are obtained. Each is input to the physical model, and based on this, calculations to simulate changes in the operator's posture and door movement state are performed, and the results of this calculation and the appropriate range of the degree of muscle burden determined statistically or experimentally in advance From the muscular strength data, an operable force ellipsoid representing the appropriate range of the operating force of the hand is obtained, and by comparing this operable force ellipsoid with the force required for the flattening operation of the door, the door opening / closing operation can be performed. An accurate assessment of ease can be made.
[0072]
  In addition, by setting an appropriate range of generated torque according to the joint angle for each joint of the multi-joint model simulating the operator's hand and arm, and determining the manipulating force ellipsoid based on this, More accurate simulation calculation reflecting the characteristics of the human arm can be performed.In particular, the simulation calculation can be simplified for the hinged door and the sliding door while ensuring the evaluation accuracy of the operability.
[0073]
  Claim4According to the invention, the muscle strength data is prepared according to at least one type of the vehicle type or the operator, and is selected according to at least one type of the vehicle type or the operator to be evaluated in the determination calculation. It is possible to accurately evaluate the operability of the door regardless of age, gender, and vehicle type.
[0074]
  Claim5According to the invention, a different physical model for each type of door opening / closing mechanism is built in advance, and the simulation calculation is simplified by setting according to the type of the opening / closing mechanism to be evaluated during the simulation calculation. Can be simplified.
[0075]
  Claim6According to the invention, by displaying the locus of the door operation part being opened and closed and the evaluation of the door operability at each position on the locus as an evaluation of the door operability, the operability that changes during the opening and closing of the door can be visualized. Can be easily grasped.
[0076]
  Claim7According to the invention, the resistance force of the operation, that is, the required operation force can be accurately obtained based on the data such as the shape and weight of the door, and this also makes it possible to accurately evaluate the operability.
[0077]
  According to the invention of claim 8, the appropriate range of joint torque can be set appropriately by setting the contraction rate of the main muscles of each joint to be approximately 40% or less.
[0078]
  According to the ninth aspect of the present invention, a finer evaluation can be performed by individually correcting the preset appropriate torque range for each joint.
[0079]
  According to the invention of claim 10, the contents of the door operability determination calculation are embodied, and the effect of the invention of claim 7 is further ensured..
[0080]
  Claim11According to the invention, the operation direction when the pull handle of the sliding door is first pulled is set to a predetermined angle with respect to the sliding direction of the door, so that the simulation operation that is very close to the actual operation is performed, and the operability is accurate. Can get a good reputation.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall configuration diagram of a simulation apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram of a physical model that simulates an operation of opening and closing a vertically-oriented hinged door.
FIG. 3 is an explanatory diagram showing a configuration of an articulated model of hands and arms.
FIG. 4 is an explanatory diagram showing a configuration of a general articulated arm.
FIG. 5 is an explanatory diagram of muscle strength data in which torque that can be generated in association with the angle is experimentally set so that the contraction rate of the main muscles of each joint of the wrist is approximately 40% or less.
FIG. 6 is a view corresponding to FIG. 4 with respect to each joint of the elbow.
7 is a view corresponding to FIG. 4 relating to each joint of the shoulder.
FIG. 8 is a flowchart showing a flow of a simulation program.
FIG. 9 is an explanatory diagram of a screen for selecting (a) an operator type, (b) a vehicle type, and (c) an opening / closing mechanism type.
FIG. 10 is an explanatory diagram of a screen for setting correction data for the degree of muscle burden.
FIG. 11 is a diagram showing a display example of an evaluation result representing how the operator opens the hinged door.
FIG. 12 is a view corresponding to FIG. 11 with respect to a double door.
FIG. 13 is a diagram illustrating a display example of evaluation results for a sliding door.
FIG. 14 is an explanatory view schematically showing a relationship between an operation direction of a pull handle of a sliding door and a required operation force.
[Explanation of symbols]
S simulation equipment
1 Computer equipment
1a Correction means
1b Simulation calculation means
1c Physical model setting means
1d determination calculation means
1e Evaluation output means
5. Storage device (storage means)
6 Display device (output means)
10 Door body (physical model)
11 Hinge (physical model)
12 Operation knob (door operation part)
13 Articulated arm (physical model)

Claims (13)

車両用ドアの開閉操作の容易性を評価するためのシミュレーション装置であって、
前記ドアを開閉操作する操作者の少なくとも手及び腕の姿勢の変化とドアの移動状態とを模擬するための物理モデルと、
少なくとも、前記ドア、操作者の手及び腕、並びにそれら相互の関係についての幾何的データと、ドアの開閉操作の抵抗力に関する抵抗力データとがそれぞれ入力された前記物理モデルを用いて、前記ドア、操作者の手及び腕の動作についての模擬演算を行う模擬演算手段と、
少なくとも、操作者の手及び腕の各関節毎にその角度に応じて筋負担度合いの適正範囲が設定された筋力データと、前記模擬演算手段による模擬演算の結果とに基づいて、ドアを開閉する際に操作者の筋負担度合いが適正な範囲に維持されるかどうか判定する判定演算手段と、
前記判定演算手段による判定の結果に基づいて、ドアの開閉操作の容易性に関する評価を出力する評価出力手段とを備え、
前記物理モデルは、少なくとも操作者の手及び腕を模擬する多関節モデルを有し、
前記筋力データは、操作者の手及び腕を模擬する多関節モデルの各関節毎に、その主要筋の負担度合いがそれぞれ所定範囲になるように該各関節毎の角度に応じて発生トルクの範囲を設定したものであり、
前記ドアが車体の上下方向の軸の周りに回動するヒンジ式のものであり、
前記模擬演算手段は、操作者の肩の位置が車体に対して変化しないという条件下で模擬演算を行うように構成され、
前記判定演算手段は、前記模擬演算によって求められる操作者の手及び腕の姿勢から、その各関節毎の角度を求め、この角度と前記筋力データとに基づいて、手先の操作力の適正範囲を表す可操作力楕円体を求めて、この可操作力楕円体とドアの操作に必要な力とを比較することにより、操作者の手及び腕の筋負担度合いが適正な範囲に維持されるかどうか判定することを特徴とするドア操作性評価のためのシミュレーション装置。A simulation device for evaluating the ease of opening and closing a vehicle door,
A physical model for simulating a change in posture of at least a hand and an arm of an operator who opens and closes the door and a moving state of the door;
Using the physical model to which at least the geometric data about the door, the operator's hand and arm, and the relationship between them, and the resistance data regarding the resistance of the door opening / closing operation are input, the door is used. , A simulation calculation means for performing a simulation calculation on the operation of the operator's hand and arm,
At least, the door is opened and closed based on the muscle strength data in which an appropriate range of the muscle load degree is set for each joint of the operator's hand and arm according to the angle and the result of the simulation calculation by the simulation calculation means. A determination calculation means for determining whether or not the muscle strain of the operator is maintained in an appropriate range,
Evaluation output means for outputting an evaluation relating to the ease of opening and closing the door based on the result of the determination by the determination calculation means,
The physical model has at least an articulated model that simulates an operator's hand and arm,
The muscle strength data is a range of torque generated according to the angle of each joint so that the degree of burden on the main muscles is within a predetermined range for each joint of the multi-joint model that simulates the hand and arm of the operator. Is set,
The door is of a hinge type that rotates about the vertical axis of the vehicle body,
The simulation calculation means is configured to perform simulation calculation under the condition that the position of the operator's shoulder does not change with respect to the vehicle body,
The determination calculation means obtains an angle for each joint from the posture of the operator's hand and arm obtained by the simulation calculation, and determines an appropriate range of the manipulation force of the hand based on the angle and the muscle strength data. Is the manipulating force ellipsoid represented and compared with the manipulating force ellipsoid and the force required to operate the door? A simulation apparatus for evaluating door operability characterized by determining whether or not. 車両用ドアの開閉操作の容易性を評価するためのシミュレーション装置であって、A simulation device for evaluating the ease of opening and closing a vehicle door,
前記ドアを開閉操作する操作者の少なくとも手及び腕の姿勢の変化とドアの移動状態とを模擬するための物理モデルと、A physical model for simulating a change in posture of at least a hand and an arm of an operator who opens and closes the door and a moving state of the door;
少なくとも、前記ドア、操作者の手及び腕、並びにそれら相互の関係についての幾何的データと、ドアの開閉操作の抵抗力に関する抵抗力データとがそれぞれ入力された前記物理モデルを用いて、前記ドア、操作者の手及び腕の動作についての模擬演算を行う模擬演算手段と、Using the physical model to which at least the geometric data about the door, the operator's hand and arm, and the relationship between them, and the resistance data regarding the resistance of the door opening / closing operation are input, the door , A simulation calculation means for performing a simulation calculation on the operation of the operator's hand and arm,
少なくとも、操作者の手及び腕の各関節毎にその角度に応じて筋負担度合いの適正範囲が設定された筋力データと、前記模擬演算手段による模擬演算の結果とに基づいて、ドアを開閉する際に操作者の筋負担度合いが適正な範囲に維持されるかどうか判定する判定演算手段と、At least, the door is opened and closed based on the muscular strength data in which the appropriate range of the muscle burden is set according to the angle of each joint of the operator's hand and arm and the result of the simulation calculation by the simulation calculation means. A determination calculation means for determining whether or not the muscle strain of the operator is maintained in an appropriate range,
前記判定演算手段による判定の結果に基づいて、ドアの開閉操作の容易性に関する評価を出力する評価出力手段とを備え、Evaluation output means for outputting an evaluation relating to the ease of opening and closing the door based on the result of the determination by the determination calculation means,
前記物理モデルは、少なくとも操作者の手及び腕を模擬する多関節モデルを有し、The physical model has at least an articulated model that simulates an operator's hand and arm,
前記筋力データは、操作者の手及び腕を模擬する多関節モデルの各関節毎に、その主要筋の負担度合いがそれぞれ所定範囲になるように該各関節毎の角度に応じて発生トルクの範囲を設定したものであり、The muscle force data is a range of generated torque according to the angle of each joint so that the degree of burden of the main muscle is within a predetermined range for each joint of the multi-joint model that simulates the hand and arm of the operator. Is set,
前記ドアが車体前後方向にスライド移動するスライド式のものであり、The door is a sliding type that slides in the longitudinal direction of the vehicle body,
前記模擬演算手段は、操作者の肩の位置が前記ドアのスライド移動に応じてそのスライド方向に移動するという条件下で模擬演算を行うように構成され、The simulation calculation means is configured to perform simulation calculation under the condition that the position of the operator's shoulder moves in the sliding direction according to the sliding movement of the door,
前記判定演算手段は、前記模擬演算によって求められる操作者の手及び腕の姿勢から、その各関節毎の角度を求め、この角度と前記筋力データとに基づいて、手先の操作力の適正範囲を表す可操作力楕円体を求めて、この可操作力楕円体とドアの操作に必要な力とを比較することにより、操作者の手及び腕の筋負担度合いが適正な範囲に維持されるかどうか判定することを特徴とするドア操作性評価のためのシミュレーション装置。The determination calculation means obtains an angle for each joint from the posture of the operator's hand and arm obtained by the simulation calculation, and determines an appropriate range of the manipulation force of the hand based on the angle and the muscle strength data. Is the manipulating force ellipsoid represented and compared with the manipulating force ellipsoid and the force required to operate the door? A simulation apparatus for evaluating door operability characterized by determining whether or not. 請求項１又は２のいずれかにおいて、
判定演算手段は、ドアの開閉中にドア操作部が描く軌跡上の所定位置において当該ドアの操作に必要な力のベクトルを可操作力楕円体の空間座標に変換し、必要操作力のベクトルが可操作力楕円体の内部に含まれているかどうか判定するように構成されていることを特徴とするドア操作性評価のためのシミュレーション装置。In either claim 1 or 2,
The determination calculation means converts the force vector necessary for the operation of the door into a space coordinate of the manipulative force ellipsoid at a predetermined position on the locus drawn by the door operation unit while the door is opened and closed, and the vector of the necessary operation force is obtained. A simulation apparatus for door operability evaluation, characterized in that it is configured to determine whether or not it is contained within an operable force ellipsoid . 請求項１〜３のいずれか１つにおいて、
筋力データを車種又は操作者の少なくとも一方のタイプ別に記憶している記憶手段を備え、
判定演算手段は、前記車種又は操作者の少なくとも一方のタイプに関する選択操作の入力を受けて、これに対応する筋力データを前記記憶手段から読み出し、このデータに基づいて判定演算を行うように構成されていることを特徴とするドア操作性評価のためのシミュレーション装置。In any one of Claims 1-3,
Storage means for storing muscle strength data for each type of vehicle type or operator;
The determination calculation means is configured to receive an input of a selection operation related to at least one of the vehicle type or the operator, read out muscle strength data corresponding to the input from the storage means, and perform a determination calculation based on the data. it is a simulation device for a door operations evaluation characterized by. 請求項１〜４のいずれか１つにおいて、
物理モデルをドアの開閉機構のタイプ別に記憶している記憶手段と、
前記ドア開閉機構のタイプに関する選択操作の入力を受けて、これに対応する物理モデルを前記記憶手段から読み出して設定する物理モデル設定手段とを備えることを特徴とするドア操作性評価のためのシミュレーション装置。In any one of Claims 1-4,
Storage means for storing the physical model for each type of door opening and closing mechanism;
A simulation for door operability evaluation, comprising: a physical model setting unit that receives an input of a selection operation related to the type of the door opening / closing mechanism, and reads and sets a physical model corresponding to the input from the storage unit apparatus. 請求項１〜３のいずれか１つにおいて、
評価出力手段は、ドアの開閉中のドア操作部の軌跡と、その軌跡上の各位置における操作性の評価とをそれぞれ表示するものであることを特徴とするドア操作性評価のためのシミュレーション装置。In any one of Claims 1-3 ,
The evaluation output means displays a trajectory of the door operation unit during opening and closing of the door and an evaluation of operability at each position on the trajectory, respectively, and a simulation device for evaluating the door operability . 請求項１〜３のいずれか１つにおいて、
抵抗力データは、ドアの形状、重量、開閉操作の向き、操作点の支点からの距離のうちの少なくとも１つについてのもので、ドアの開閉操作の抵抗力を演算するために用いられることを特徴とするドア操作性評価のためのシミュレーション装置。In any one of claims 1 to 3,
Resistance data, the shape of the door, weight, orientation of the opening and closing operation, intended for at least one of the distance from the fulcrum of the operating point, to be used to calculate the resistance of the opening and closing operation of the door A simulation device for evaluating door operability. 請求項１又は２のいずれかにおいて、
筋力データは、多関節モデルの各関節毎に、その主要筋の収縮率が略４０％以下となるように設定したものであることを特徴とするドア操作性評価のためのシミュレーション装置。In either claim 1 or 2 ,
The muscle force data is set for each joint of the multi-joint model so that the contraction rate of the main muscle is about 40% or less. 請求項１又は２のいずれかにおいて、
筋力データとして設定された各関節毎の発生トルクの範囲を、所定の操作入力に応じて個別に補正する補正手段を備えることを特徴とするドア操作性評価のためのシミュレーション装置。In either claim 1 or 2 ,
A simulation apparatus for evaluating door operability, comprising: a correction unit that individually corrects a range of torque generated for each joint set as muscle strength data in accordance with a predetermined operation input. 請求項１又は２のいずれかにおいて、
判定演算手段は、
模擬演算手段による演算結果に基づいて、ドアの開閉中の各位置において操作者に必要とされる操作力を演算する必要操作力演算部と、
前記模擬演算手段により演算された手及び腕の姿勢と筋力データとに基づいて、前記ドアの各位置における手先の操作力の適正範囲である可操作力楕円体を求める適正操作力演算部と、
前記必要な操作力と可操作力楕円体とを比較して、操作者の手及び腕の筋負担度合いが適正な範囲に維持されるかどうか判定する比較判定部と
を備えることを特徴とするドア操作性評価のためのシミュレーション装置。In either claim 1 or 2 ,
The judgment calculation means is
Based on the calculation result by the simulation calculation means, a required operation force calculation unit that calculates the operation force required by the operator at each position during the opening and closing of the door,
Based on the hand and arm postures and muscle force data calculated by the simulation calculation means, an appropriate operation force calculation unit for obtaining an operable force ellipsoid that is an appropriate range of the operation force of the hand at each position of the door;
A comparison / determination unit that compares the necessary operation force with the manipulative force ellipsoid and determines whether or not the degree of muscle load on the operator's hand and arm is maintained in an appropriate range. Simulation device for door operability evaluation. 請求項２において、
ドアの操作部は、当該ドアのスライド方向に長く、且つ手前に引くことでドアロックを 解除するプルハンドルであり、
幾何的データにおいて操作者のドアに対する相対位置は、該操作者が閉状態のドアの前記プルハンドルを引き操作するときに、その引き操作の方向がドアのスライド方向に対し車体上方から見た平面視で略４０度以上且つ５０度未満の角度をなすように設定されていることを特徴とするドア操作性評価のためのシミュレーション装置。In claim 2 ,
The door operation part is a pull handle that is long in the sliding direction of the door and releases the door lock by pulling forward .
In the geometric data, the relative position of the operator with respect to the door is the plane when the operator pulls the pull handle of the closed door when the pulling direction is viewed from above the vehicle body relative to the sliding direction of the door. A simulation device for door operability evaluation, characterized in that the angle is set so as to form an angle of approximately 40 degrees or more and less than 50 degrees . 車両用ドアの開閉操作の容易性を評価するためのシミュレーション装置であって、
前記ドアを開閉操作する操作者の姿勢の変化とドアの移動状態とを模擬するための物理モデルと、
少なくとも、前記ドア、操作者及びそれら相互の関係についての幾何的データと、ドアの開閉操作の抵抗力に関する抵抗力データとがそれぞれ入力された前記物理モデルを用いて、前記ドア及び操作者の動作についての模擬演算を行う模擬演算手段と、
少なくとも、操作者の筋負担度合いの適正範囲に関する筋力データと、前記模擬演算手段による模擬演算の結果とに基づいて、ドアを開閉する際に操作者の筋負担度合いが前記適正範囲に維持されるかどうか判定する判定演算手段と、
前記判定演算手段による判定の結果に基づいて、ドアの開閉操作の容易性に関する評価を出力する評価出力手段とを備え、
前記物理モデルは、少なくとも操作者の手及び腕を模擬する多関節モデルを有し、
前記筋力データは、前記多関節モデルの各関節毎に、その主要筋の負担度合いがそれぞれ所定範囲になるように該各関節毎の角度に応じて発生トルクの範囲を設定したものであり、
前記ドアが車体の上下方向の軸の周りに回動するヒンジ式のものであり、
前記模擬演算手段は、操作者の肩の位置が車体に対して変化しないという条件下で模擬演算を行うように構成されていることを特徴とするドア操作性評価のためのシミュレーション装置。 A simulation device for evaluating the ease of opening and closing a vehicle door,
A physical model for simulating a change in posture of an operator who opens and closes the door and a moving state of the door;
At least the operation of the door and the operator using the physical model into which the geometrical data about the door, the operator and the relationship between them and the resistance data regarding the resistance of the door opening / closing operation are respectively input. A simulation calculation means for performing a simulation calculation for
At least when the door is opened / closed, the operator's muscle strain level is maintained within the appropriate range based on the muscle strength data regarding the appropriate range of the muscle strain level of the operator and the result of the simulation calculation by the simulation calculation means. Determination calculation means for determining whether or not
An evaluation output means for outputting an evaluation on the ease of opening and closing the door based on the result of the determination by the determination calculation means;
The physical model has at least an articulated model that simulates an operator's hand and arm,
The muscle force data is for each joint of the multi-joint model, in which the range of generated torque is set according to the angle of each joint so that the degree of burden of the main muscle is in a predetermined range,
The door is of a hinge type that rotates about the vertical axis of the vehicle body,
The simulation apparatus for door operability evaluation, wherein the simulation calculation means is configured to perform simulation calculation under a condition that the position of the operator's shoulder does not change with respect to the vehicle body . 車両用ドアの開閉操作の容易性を評価するためのシミュレーション装置であって、
前記ドアを開閉操作する操作者の姿勢の変化とドアの移動状態とを模擬するための物理モデルと、
少なくとも、前記ドア、操作者及びそれら相互の関係についての幾何的データと、ドアの開閉操作の抵抗力に関する抵抗力データとがそれぞれ入力された前記物理モデルを用いて、前記ドア及び操作者の動作についての模擬演算を行う模擬演算手段と、
少なくとも、操作者の筋負担度合いの適正範囲に関する筋力データと、前記模擬演算手段による模擬演算の結果とに基づいて、ドアを開閉する際に操作者の筋負担度合いが前記適正範囲に維持されるかどうか判定する判定演算手段と、
前記判定演算手段による判定の結果に基づいて、ドアの開閉操作の容易性に関する評価を出力する評価出力手段とを備え、
前記物理モデルは、少なくとも操作者の手及び腕を模擬する多関節モデルを有し、
前記筋力データは、前記多関節モデルの各関節毎に、その主要筋の負担度合いがそれぞれ所定範囲になるように該各関節毎の角度に応じて発生トルクの範囲を設定したものであり、
前記ドアが車体前後方向にスライド移動するスライド式のものであり、
前記模擬演算手段は、操作者の肩の位置が前記ドアのスライド移動に応じてそのスライド方向に移動するという条件下で模擬演算を行うように構成されていることを特徴とするドア操作性評価のためのシミュレーション装置。 A simulation device for evaluating the ease of opening and closing a vehicle door,
A physical model for simulating a change in posture of an operator who opens and closes the door and a moving state of the door;
At least the operation of the door and the operator using the physical model into which the geometrical data about the door, the operator and the relationship between them and the resistance data regarding the resistance of the door opening / closing operation are respectively input. A simulation calculation means for performing a simulation calculation for
At least when the door is opened / closed, the operator's muscle strain level is maintained within the appropriate range based on the muscle strength data regarding the appropriate range of the muscle strain level of the operator and the result of the simulation calculation by the simulation calculation means. Determination calculation means for determining whether or not
An evaluation output means for outputting an evaluation on the ease of opening and closing the door based on the result of the determination by the determination calculation means;
The physical model has at least an articulated model that simulates an operator's hand and arm,
The muscle force data is for each joint of the multi-joint model, in which the range of generated torque is set according to the angle of each joint so that the degree of burden of the main muscle is in a predetermined range,
The door is a sliding type that slides in the longitudinal direction of the vehicle body,
The simulating calculation means is configured to perform a simulating calculation under the condition that the position of the operator's shoulder moves in the sliding direction in accordance with the sliding movement of the door. Simulation device for .
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