自動車・輸送機械・モビリティの SIMULIA ソリューション

電気自動車やハイブリッド車の駆動システムの開発は、内燃エンジンの設計とは大きく異なります。モーター、ケーブル配線、冷却、パワー・エレクトロニクス、バッテリーはすべて、安全性、信頼性、効率を重視して設計する必要があります。シミュレーションによる最適化により、エンジニアは電気的性能や走行距離を高めることができ、競合する変数の中から最適なトレードオフが見つかります。

ドライバーや同乗者の体験のために、あらゆる細部まで重視します。騒音、振動、温度、快適性は、車室の設計者が制御して最適化する必要がある要素の一部にすぎません。暖房、換気、エアコン(HVAC)のシステムは、大量のエネルギーを消費して車両の走行距離に影響を与えるため、特に重要です。シミュレーションを行うことで、エンジニアは HVAC などの内装システムの設計を最適化して、最小の消費電力で快適な車内環境を維持できます。

概念は設計の最初の段階ですが、ここでの決定は開発サイクル全体に影響を及ぼし、成功する設計とうまくいかない設計の分かれ目となる場合があります。概念段階でのシミュレーションにより、エンジニアは物理的な試作品を作成する前に、車両構造のパフォーマンスを解析できます。面倒な再メッシュをしなくても、さまざまな設計バリエーションを簡単に変更してシミュレーションし、パフォーマンスのトレードオフを迅速に検討できます。 

ドライバーが求めるものがスムーズで簡単なことであっても、スポーティで楽しいことであっても、操作性と乗り心地に対する顧客の期待に応えるために、車両力学は不可欠です。ステアリング、サスペンション、パワートレインのコンポーネントは、個別に、またはさらに大きいシステムの一部として、多体動力学のシミュレーションを使用して最適化できます。悪路コンディションの場合や、ドライバーに行動障害がある場合の車両力学が、バーチャル・ツインで迅速かつ安全に調査できます。ハードウェア・イン・ザ・ループ(HiL)とマン・イン・ザ・ループ(MiL)シミュレーションが、ドライブ・シミュレーター内で操作性と乗り心地に関するリアルタイムのフィードバックを行い、エンド・ユーザー体験に関するインサイトを提供します。

パワートレインの役割は、エネルギー源から車輪にできるだけ効率的に動力を供給することです。エンジン、モーター、トランスミッション、すべてのパワートレイン・コンポーネントは、数十万キロメートルにわたって継続的な応力に耐えられる必要があります。シミュレーションは、エンジニアがパワートレインを介したトルク伝達などの重要な要素について理解して、破損や摩耗の潜在的な原因を特定するのに役立ちます。パワートレインの最適化は、車両の信頼性を高めます。

道路に凹凸がある度に、相当な力が車両全体に伝わります。エンジニアの目的は、このような力を分散させて、乗員が感じる影響と、サスペンションやボディ・エレメントの摩耗を最小限に抑えることです。 

ブレーキ性能は車両の安全性にとって決定的です。ブレーキは、道路が濡れていたり、ぬかるんでいたり、凍結している場合の高速走行時であっても、車両の重量と荷重を停止させる必要があります。物理的な試作品をテストしなくても、シミュレーションにより、困難なシナリオでブレーキ設計の停止力が明らかになります。ブレーキ・ディスクとパッドの摩耗も解析でき、耐久性やブレーキ・ダストの汚染がわかります。また、熱と空気力学のシミュレーションにより、ブレーキがどのようにヒートアップして冷却されるかがわかり、全体的なブレーキ・システムの設計に役立ちます。

エンジン熱の管理は以前からずっと、信頼性を確保するための最も重要な要素の 1 つです。電気自動車への移行により、モーターやバッテリーが熱を発生することから、新たな冷却へのニーズが起きています。バッテリーの場合は、冬季の加熱に対するニーズもあります。冷却と加熱の効果的なシステムを設計するには、内部冷却剤と、車体の周囲と内部の空気流について理解する必要があります。熱シミュレーションにより、さまざまな気象条件やシナリオにおける熱生成と冷却システムの効果が明らかになります。

空気抵抗は効率性に大きく影響し、最終的に車両の走行距離に影響を与えます。従来の空気力学には、解析と改善に膨大な風洞テストが必要です。シミュレーションでは、概念からずっと開発のあらゆる段階で、コストと時間のかかる物理的なテストを行うことなく空気力学をモデル化できます。また、風洞だけではなく、現実世界のドライビング・パフォーマンスをより現実的に表現できます。

2030 年までに、電子システムは 車両 1 台の総コストの半分を占めることが予想されています。安全システム、エンジン・コントロール、ADAS (先進運転支援システム)、インフォテインメントは、最新の車両に組み込まれたシステムの一部にすぎません。このようなシステムはすべて、極近接にありながら干渉もデータ・エラーもなく動作します。電磁シミュレーションにより、電子エンジニアは、車載エレクトロニクスの電磁両立性(EMC)と信号/電力の整合性(SI/PI)を解析して、問題を解決できます。システム・レベルでは、インテグレーターがアンテナとセンサーの最適な配置を見つけ、車載システム間のクロストークやコサイト干渉を緩和するのにも役立ちます。

バッテリーは電気自動車の中で最も大きく、最も高価なコンポーネントです。メーカーは、走行距離、充電速度、コストの面で競争しています。これらの大部分が、バッテリーの性能によって決まります。シミュレーションを使用して、個々のセルからバッテリー・パック全体までを設計し、充電と放電の複雑な 3D 電気化学現象を明らかにできます。マルチフィジックス・シミュレーションは、耐衝撃性や冷却など、バッテリー・モジュールの他の面の設計にも役立ちます。