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開発は、内燃機関の設計とは大きく異なります。モーター、配線、冷却系、パワーエレクトロニクス、そしてバッテリーのすべてを、安全性、信頼性、効率性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は、電動性能や航続距離の向上を支援し、複数の設計要素間で最適なトレードオフを見出す手助けとなります。

ドライバーや同乗者の体験のために、あらゆる要素が重要です。騒音、振動、温度、快適性などは、車室の設計者が制御して最適化しなければならない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、多くのエネルギーを消費し、車両の航続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活用することで、エンジニアは HVAC などの車室内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。

設計の第一段階であるコンセプトフェーズでは、その後の開発プロセス全体を左右する重要な判断が求められます。ここでの選択次第で、競争力のある設計になるか、図面の段階で終わってしまうかが決まります。
シミュレーションを活用すれば、実物試作に着手する前に車両構造の性能を評価できます。さらに、煩雑な再メッシュ作業を行うことなく設計バリエーションを柔軟に変更・解析できるため、性能トレードオフの迅速な検討が可能になります。

ドライバーが滑らかで扱いやすい走りを求める場合でも、スポーティで楽しいドライビングを求める場合でも、車両運動性能はハンドリングや乗り心地に対する顧客の期待に答えるうえで不可欠です。
マルチボディダイナミクスシミュレーションを用いれば、ステアリング、サスペンション、パワートレインなどの各コンポーネントを単体でも、システム全体としても最適化できます。
また、バーチャルツイン上で荒れた路面条件や厳しいドライバー操作を迅速かつ安全に再現し、車両挙動を評価することが可能です。さらに、ハードウェア-イン-ザ-ループ（HiL） や マン-イン-ザ-ループ（MiL）シミュレーションを用いることで、ドライビングシミュレータ内でリアルタイムにハンドリングや乗り心地のフィードバックを得られ、最終的なユーザー体験への深い洞察が得られます。

パワートレインの役割は、エネルギー源からホイールへ、できる限り効率的に動力を伝達することです。エンジンやモーター、トランスミッションをはじめ、すべてのパワートレイン部品は、数十万キロメートルにわたる継続的な負荷に耐えられる必要があります。
シミュレーションは、パワートレイン内でのトルク伝達の仕組みやその他の重要要因を把握し、破損や摩耗の潜在的な原因を特定するのに役立ちます。
パワートレインを最適化することで、車両全体の信頼性を高めることができます。

道路上のあらゆる凹凸を通じて、車両には大きな力が伝わります。エンジニアの目的は、これらの力の伝達経路を最適化し、乗員が感じる衝撃を最小限に抑えるとともに、サスペンションや車体部品の摩耗を減らすことにあります。

ブレーキ性能は車両の安全性にとって極めて重要です。ブレーキは、車両本体や積載の重量を、高速走行時であっても、雨天、泥道、氷上といった厳しい環境下で、確実に減速・停止できる必要があります。
シミュレーションを用いることで、物理試作を製作することなく、過酷な条件下での制動性能を評価できます。また、ブレーキディスクやパッドの摩耗を解析することで、耐久性やブレーキダストの発生状況を把握できます。さらに、熱流体・空力シミュレーションにより、ブレーキの発熱・冷却特性を可視化し、システム全体の最適設計に役立てることができます。

エンジンの熱管理は、長年にわたり車両の信頼性を確保するうえで最も重要な要素のひとつです。電気自動車への移行に伴い、モーターやバッテリーによる発熱に加え、特にバッテリーでは冬季の加温が必要になるなど、新たな熱マネジメントの課題が生じています。
効果的な冷却・加熱システムを設計するためには、車両内部を循環する冷却媒体だけでなく、車体の周囲と内部の空気流を把握する必要があります。熱シミュレーションを活用することで、各コンポーネントが発生する熱量や冷却システムの有効性を、さまざまな気象条件や運用シナリオに応じて評価できます。

空気抵抗は車両の効率、そして航続距離に大きな影響を及ぼします。従来、空力性能の検討には多くの風洞試験が必要でしたが、シミュレーションを活用することで、コンセプト段階から量産設計に至るまで、あらゆる開発フェーズで空力特性を評価できます。
これにより、時間とコストのかかる物理試験を削減できるだけでなく、風洞試験だけでは再現しきれない実走行に近い空力挙動を把握する事が可能になります。

2030年には、車両コストの半分を電子システムが占めると予想されています。安全システム、エンジン制御、ADAS（先進運転支援）や自動運転、インフォテインメントなど、現代の車両には多様な電子システムが統合されており、これらが互いに干渉せず、正確に動作することが求められます。
電磁界シミュレーションを活用することで、設計者は車載電子機器の電磁環境両立性（EMC）やシグナル／パワーインテグリティ（SI/PI）を解析し、潜在的な問題を事前に解決できます。
またシステムレベルでは、アンテナやセンサーの最適な配置検討や、車載システム間のクロストークや干渉の抑制にも役立ちます。

バッテリーは、電気自動車において最大かつ最も高価なコンポーネントです。航続距離、充電速度、コストといった競争要素の多くは、このバッテリー性能によって大きく左右されます。
シミュレーションを用いることで、セル単体からバッテリーパック全体まで、充放電時に起こる複雑な3D電気化学現象を明らかにします。
さらに、マルチフィジックス解析により、耐衝撃性や冷却性能など、バッテリーモジュールに求められる他の特性についても高度な設計検討が可能になります。