アイシン様のパワートレインカンパニーは、電動化車両の普及や燃費・エンジン性能の向上、排ガスのクリーン化に貢献する先進的な製品・技術開発を推進、パワートレインユニットとパワートレインコンポーネントを担当。PTモータ技術部では、小型モータの開発から駆動系の大型モータを含めた製品の要素開発、さらに新製品の開発に携わる。全社目標として開発期間の短縮を掲げているが、解析によってモノづくりのスピードを上げること、さらに設計根拠を物理的に証明することで、高品質な製品を短期間でお客様にお納めすることを目指している。
今回は、モータの「熱設計」について、電磁界解析ソフトウェアJMAG-Designerと熱設計支援ツールのSimcenter Flothermを連成した事例をご紹介いただく。現在はこの解析技術を標準化するために、熱設計のための手順書を作成し、Flothermを誰もが効果的に活用できるよう尽力されている。
大型モータの解析では、普段からエンジンの性能解析に利用しているCONVERGEとGT-SUITEの適用を検討。
また、より良い製品開発のための一つのアプローチとして、最適化技術にも注目。同社は、モータ設計における最適化標準ツールとしてmodeFRONTIERを採用。最適化技術導入初期には、特性を維持したまま形状を最適化し、一製品あたり数百円のコストを下げ、年間で数億円のコスト削減に成功した。

IDAJ設立時の1994年から、様々なご部署でIDAJのソリューションをご活用中。現在の同社でのシミュレーション活用の状況を網羅的にご紹介いただく。その一つ、サーマルシステム領域では、HVAC開発向けのiconCFDを活用した熱流体解析システム「FAST-HVAC」をご利用中。現在では設計者が日常的に利用され、オープンソースのメリットを生かし国内外の拠点でこのシステムを稼働中。現在はその適用範囲をHVACからラジエーター、ファン騒音などにも拡大し複数のテーマでご活用。1次元のシステムシミュレーションではGT-SUTIEを利用している。
CAEソフトウェアの選定基準は、ツールの性能と技術サポートのバランスが大変重要で、利用技術の定着にはソフトウェア提供元の支援や協力が不可欠だとお考え。今後、推進を予定している技術テーマは、システムモデルの活用と、SPDMの適用を背景とした確実な技術継承と技術者の育成。また未来の技術を作るために「技術バラシ」で残すべき技術とデータを蓄積されている。

エンジン開発、冷却システム、車両全体の冷却回路などの熱マネージメントや、エンジンの机上適合にGT-SUITE を適用。
企画フェーズで特性を決め、それらを後工程へと落としていくべきだが、ほとんどがエンジンとモータ、インバーターを併用した複雑なシステムを持つため、特性設計だけで開発を進めると右バンクからの大きな手戻りが予測される。そこで、構造や形をある程度見越した上で機能を割り付けるようにし、GT-SUITEでエンジンの出力を予測、車両の動力や加速度に対してデータを渡すというフローを構築。
GT-SUITEでのモデル化のポイントは、「階層に応じて粒度が異なる複数のモデルを構築すること」 、「左バンクの下まで形状やその実現性を素早く確認できること」。モデルを用いることで、自社部品の性能の検討及び車両に組込んだ時の性能をタイムリーに検討することができ、また車両メーカー、サプライヤー間での擦り合わせのためのツールとしても利用することが可能。これが現在のクルマ開発の実態に適した、実利の取れるモデルベース開発だと考えている。

極めて厳しいCO2削減や性能要求に応え、品質の良い製品を開発するためには、モデルを活用した開発、すなわちMBD(Model Based Development）が必須。今回ご紹介いただいたウォータージャケット内冷却水の流れ解析、エンジンの非定常温度予測、エアクリーナーの流れ解析では、ルーティーンとなった作業をiconCFDに置き換え、ソフトウエアに対する投資を抑制。また、ソフトウェアのライセンスを気にすることなく多数のケースをタイムリーに計算できるメリットも。
MBDの取り組みの中で一次元シミュレーションがカバーする領域が拡大する中、世界的に自動車業界におけるデファクトスタンダードとなったGT-SUITEが、設計、実験などの他部署のメンバーにも浸透。初期のコンセプトを決める際に、まず一次元シミュレーションでパワートレインのシステム一台分を徹底的に作り込んでからスタートするなど、非常に重要かつ有効なツールとしてご活用いただいている。

冷却水・オイル循環量、エンジン油水温、トランスミッション油温、冷暖房、電池冷却、熱マネージメント、燃費、排ガス温度・流量など幅広い分野で適用。電池冷却のシミュレーションにGT-SUITEを適用した事例と、エアコン冷媒系異音予測のためにモデリングとシミュレーションに関する事例をご紹介。 エアコン冷媒系異音予測では、実験と1Dシミュレーションを用いて現象を解明、詳細な膨張弁モデルによって従来のモデルでは再現できなかった圧力脈動をとらえることができた。

エンジンモデルの高精度化にGT-SUITEを活用。インテークマニホールド、エキゾーストマニホールドとの協調効果の導出、リアルドライビングへの対応と言った背景から、高負荷も含めたエンジン動作全体での高精度化に取り組む。また、高EGR率での燃焼予測の精度向上が課題となり、CONVERGEを用いた3次元CFDの燃焼結果を取り入れた。今後はmodeFRONTIERを活用し最適仕様を提示することで早期にエンジン全体としての最適な機能を検討し、製品開発を加速させることを目指す。

エアコンモデルだけでなく、車両のトータルシミュレーションができることが魅力。自動車メーカー様での導入実績が非常に豊富なGT-SUITE であれば、シミュレーションモデルを共通言語のように使用してコミュニケーションをとることもできるのはないか。

研究者、設計者、ベテラン、若手を問わず「CAE」という共通言語を使って技術的な議論を深めたい。若手エンジニアのアイデアを数値化することで提案根拠がわかることも、経験値を補うことができる大きな役割。GT-SUITEのベースとなるモデルは解析専任者が準備して、設計者は、エクセルシートに数値を入力して計算実行するだけ。

排気吐出音解析、マフラー内部構造最適化、出力解析・排気抵抗解析、キャタ流速分布解析、O2センサー寄与度解析、壁温予測解析、放射音解析などにGT-SUITEを活用。CAEの結果がなければ試作、実験も行わず、既存製品の形状変更にも、そのエビデンスとしてCAE結果が必要。

先行開発期間を前倒しし、設計構想を物無し（ブツナシ）で検証するDPM（Digital Proto Model）期間へと置き換え、シミュレーションだけを駆使した性能検証を実施。GT-SUITEを駆使し、開発期間内にデザイナーの望むマフラー形状で目標性能との両立を達成。