自動車 / 輸送機器 トヨタ自動車株式会社 製品 Simcenter レーシングカー開発は 時間との闘い CFD がターンアラウンドタイム短縮に貢献 ビジネス課題レースを通した先端技術の開発レース活動で得た技術の量産車への適用レーシングカーの開発で得たノウハウの社内展開と情報共有 成功の鍵 CAEとCFDシミュレーションの活用可能な限りの計算を実施計算の精度と速度のトレードオフのバランス自動化と標準化を通した効率化の獲得 結果短期間での空力性能の最適化試作や実車製造前に解析的評価を実施試験と測定を通した CFDの精度向上の導入解析の標準化により個人差による変動を排除 トヨタ自動車モータースポーツユニット開発部 性能向上のために CFD を活用 車両開発はターンアラウンドタイムとの戦いトヨタ自動車株式会社のモータースポーツユニット開発部は長年に渡り さまざまなモータースポーツのトップカテゴリーでのレース車両の開発にシーメンス PLM ソフトウェアの Simcenter STAR-CCM+ ソフトウェアや Simcenter STAR-CD ソフトウェアを利用しており 富士山麓の恵まれた地形を利用し作られたテストコース場を備える同社の東富士研究所にて 日々レーシングカーの研究開発に取り組んでいます モータースポーツユニット開発部の役割の一つは ル マン 24 時間レースで有名な WEC( 世界耐久選手権用 ) の車両開発です この他に 日本国内向け Super- Formula や Super-GT 用のエンジンおよび車両の研究 / 開発を行っています モータースポーツユニット開発部のグループ長である加藤裕一郎氏と北條哲平氏は レース車両の設計には CAE( コンピューター支援エンジニアリング ) と CFD( 数値流体力学 ) が欠かせない存在だと語ります www.siemens.com/simcenter
チームを導く 3 つのスローガンモータースポーツユニット開発部の業務は 次の 3 つのスローガンを基にレース用車両やエンジンに対し CAE/CFD を適用し お客様やファンに 速い や かっこいい と思われる車両を開発することです (1) 競争の中で技術開発を促進し 自動車の進歩に寄与すること (2) 未知で困難な領域に挑戦することで レースファンの共感を呼び起こす (3) 自動車が本来持つ 夢 や 操る楽しさ に接して頂く機会をお客様に提供し 車ファンを広げること 加藤氏のグループの役割は エンジン ハイブリッドコンポーネントの性能や信頼性といった領域を担当し CAE/CFD 活用してパワートレイン開発や新規解析技術開発を行っています 北條氏のグループは車両空力を主に担当しており CFD を活用した車両空力開発を行っています モータースポーツユニット開発部での CAE/CFD は約 15 名のグループであり それぞれ半分ずつの人員構成です 限られた時間とリソースの中で レースという厳しい世界で戦うには 解析業務 計算精度対ターンアラウンドタイムの短縮という 背反する事象の両立とバランスをとるということは非常に難しいです トヨタ自動車株式会社モータースポーツユニット開発部空力グループグループ長北條哲平氏 の優先順位付け 後工程 ( 設計 実験 風洞 ) とのスケジュール調整 解析結果に対し個人差がでないようにするための技術の標準化が非常に重要となります 車両開発はターンアラウンドタイムとの戦いレーシングカーは 次年度に向けた開発や次のレースに向けたセッティング そして頻繁なレギュレーション変更への対応といった業務が非常に重要です その中で CFD は 開発工数などのターンアラウンドタイムを大幅に短縮できるようにすることで大きく貢献することができます レーシング車両は量産車が数年かけて熟成してくるのとは違い 姿や形が前年度と同じように見えても中身は基本的に全て違っており 1 年間で毎年新車を開発しているのと同じことになります その際 高いレベルの初期性能が求められるため 車両完成前に空力やエンジンなどの信頼性や性能を確保する必要があります 従来は モノを製作し 評価するというプロセスを繰り返すスタイルだったのですが 現在は 製作前の解析的な評価を徹底的に実施するスタイルに変わってきました と加藤氏は語ります ル マン車両の空力設計はドイツに拠点のある Toyota Motorsport GmbH ( ドイツ : トヨタ モータースポーツ有限会社 以下 TMG) と共に開発されています 以前の F1 の時代は風洞が開発
の中心であり CFD は補助的な存在でした しかし 今日 CFD はコンセプト検討に欠かせないものとなり 流れを可視化して車両設計のコンセプトを決めるという意味では非常に重要な役割を担っています CFD は開発のターンアラウンドタイムに対してだけではなく 近年は実際の開発プロセスの中で重要な役割を負っています また レース間での車両調整に対しても風洞にかける時間がなく 走行テストの機会も限られているため CFD からいきなり実車へというプロセスも生まれてきており より CFD からのアウトプットの重要度が増しています 試作の 1 回目で決める必要性が増しています シェイクダウン車の性能がそのシーズンの競争力を決めます と北條氏は語ります 今日 非常に重要なことは車両性能およびコンポーネント性能をモノが無い段階 ( 設計開発段階 ) で高める技術 すなわち CAE/ シミュレーション技術の活用が必須だということです この非常に厳しい開発スケジュール / プロセスに対し CFD が非常に重要な役割を担っており シーメンス PLM ソフトウェアの Simcenter STAR-CCM+ が有効に活用されています レーシングカーの技術を量産車へ自動車メーカーにとってモータースポーツに参入する大きな目的は プロモーションの他に最新技術の開発や蓄積です 特に技術面では レーシングカーの開発で得たノウハウの社内展開および情報共有や量産車開発への転用といった重要な側面があります モータースポーツユニット開発部のミッションとして レース活動を通じた技術開発とその量産車適用 が掲げられており 継続的に解析技術や実際のモノや空力の考え方などを社内展開して います 社内で量産部署と定期的に集まり 互いのノウハウの共有を話し合う場が設けられており 解析技術だけではなく流れの制御方法といった空力技術などについても共有されています モータースポーツにおいて空力開発は非常に速いペースです進みます これは言い換えると 最善の成果を可能な限り短い期間で達成しなければならないということです 例えば 1 つの開発部位に対する開発ループは非常に短く CFD による開発ループは約 2 週間という単位です その間にいかに多くの計算を行い 良いアイテムを見つけるかが鍵となります このため 定常計算を中心とした解析を行っていますが 実際の車両空力現象は非定常現象であり 流れは非常に複雑です 解析の安定性や収束性を重視し 計算精度はある程度妥協しつつ 解析ケース数を増やして開発を実施しており 精度と計算速度のバランスが非常に重要となります この 計算精度対ターンアラウンドタイムの短縮という 背反する事象に対しての両立及びバランスをとることが非常に難しいです 我々は非常に厳しいところで戦い続けているので この辺りが難しいところです 我々としては 2 週間の開発スケジュールに非定常が使えるようになると解決するのですが と北條氏は語ります シーメンス PLM ソフトウェアのアプリケーションは 上流 / 下流側の様々なアプリケーションと連成させる際に非常に使いやすいです
従来は モノを製作し 評価するというプロセスを繰り返すスタイルだったのですが 現在は 製作前の解析的な評価を徹底的に実施するスタイルに変わってきました エンジン側では以前は精度に対して 厳しいところがありました しかし 改善により管路内の流れなどは実験との相関がきれいに取れるようになってきました 現在では自分達が提案したものがほぼ実機でも効果が出るようになっています 今は Simcenter STAR- CCM+ を使って非常に満足しています また 更なる効率化を進め 最適化と組み合わせた自動化等もやっていけたらと考えております と加藤氏は付け加えました リアルとバーチャル間の検証ル マンレースでは F1 と違い 風洞試験の時間制限といったレギュレーションはありません 最終的な判断には風洞試験件結果が用いられますが 限られたコスト 期間の中での効率的な開発には CFD が不可欠です CFD を中心に設計開発を行っていく際の重要な問題として CFD の確実性 いわゆる精度の問題が生じます このため 風洞試験と CFD 間のコリレーションを採るということが非常に重要なこととなります モータースポーツユニット開発部では 形状毎に風洞実験と CFD の評価を実施し 空力値 表面圧力分布や PIV( 風洞実験の可視化 ) を用いて 比較 評価を実施しています 風洞 は実現象に近いため これを正として解析のメッシュ解像度や計算設定の見直しを行い 合わせ込みを行います 評価する計算ケース数は 膨大な数となります また 空力では実車の評価も行っています ダウンフォースなどの空力値は実走行時に計測することができ 風洞や CFD との比較評価を行うことができます 結果が合わない場合は風洞や CFD 各々での改善検討が実施されます このため CFD の精度向上も 超短期間で実施する必要がある場合と 中長期的な改善の部分があり 次のレースまでの期間ではまず短期的な改善が要求されます エンジングループでは 実車に搭載する前にしっかり評価されており 効果が出たものが搭載されています このため レース中の評価はあまりなく イレギュラーなトラブルに対し 即対応が必要か中期的に改善する問題かを 非常に短時間で判断し 実施しています 全てスクリプトで記述し使いやすくシーメンス PLM ソフトウェアの製品やサービス 要望に関して加藤氏より次のようなご意見をいただきました 今までに いくつかの流体ソフトを使って来た経験から言うと Simcenter STAR- CCM+ や Simcenter STAR-CD ソフトウェアは全てスクリプトで表現できるため GUI を開く必要がなく バッチで実行ができます このため 最適化や他のソフトとの連携が非常に実行しやすくなっています 現在は もう流体単体での計算だけでは足りなくなってきています シーメンス PLM ソフトウェアのアプリケーションは上流 / 下流側のさまざまなアプリケーションと連成させることができ かつ非常に使いやすくなっています また スクリプトも誰が見ても読むことができる記述になっているのが良いところです
ソリューション / サービス STAR-CCM+ https://mdx.plm. automation.siemens.com/ ja_jp/star-ccm-plus STAR-CD https://mdx.plm. automation.siemens.com/ ja_jp/star-cd 主な事業内容トヨタ自動車のモータースポーツユニット開発部は 東富士テクニカルセンターで さまざまなモータースポーツでのトップカテゴリーでのレース車両の研究開発を行っています www.toyota-motorsport. com また 空力側も解析モデル作成などをすべてスクリプト化しており 慣れると非常に使い易いと評価されています 空力では Simcenter STAR-CD をご利用いただいていたころから完全にマクロで自動化しており 現在の Simcenter STAR-CCM+ も既に全て自動化されています これは 解析を行う際に非常に重要な点です 解析結果に対して個人差によるバラツキが発生しないように すべてが標準化されています これにより グループの新しいメンバーが解析を実施しても 解析結果に差が出ないようになっています また スクリプトで完全自動化されていますが スクリプトがブラックボックス化しないように メンバーがスクリプトを理解できるように 社内教育を施し メンバーのスキルアップが図られています サポートはレスポンスも早く対応してもらっています 外資系だと日本のオフィスは単なる中継地点みたいな感じで 内容も未消化のまま訳されたものが送られてくることもありますが 国内のベンダーと遜色ないレベルで対応してもらっています と加藤氏は長年のシーメンス PLM ソフトウェアのユーザーとして 技術サポートの満足度に関して語られました 北條氏は続けます 解析手法が完全に確立してしまっているのですが 今後より開発ループを速くするための技術開発などを一緒に実施したいと考えています * 本インタビューは 2014 年に行われました 2014 年当時のご部署 役職です 所在地静岡県裾野市日本 現在では自分達が提案したものがほぼ実機でも効果が出るようになっています 今は Simcenter STAR-CCM+ を使って非常に満足しています Siemens PLM Software アメリカ +1 314 264 8499 ヨーロッパ +44 1276 413200 アジア / 太平洋 +852 2230 3308 日本 (03) 5354 6700 www.siemens.com/plm 2018 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc. Siemens Siemens のロゴおよび Siemens AG の登録商標です Femap HEEDS Simcenter 3D および Teamcenter は Siemens Product Lifecycle Management Software Inc. またはその子会社の米国およびその他の国における商標または登録商標です Simcenter Simcenter Amesim LMS Samtech Samcef LMS Samcef Caesam LMS SCADAS LMS SCADAS XS LMS Smart LMS Test.Xpress LMS Soundbrush LMS Sound Camera LMS Test.Lab および LMS Virtual.Lab は Siemens Industry Software NV またはその関連会社の商標または登録商標です STAR-CCM+ および STAR-CD は Siemens Industry Software Computational Dynamics Ltd. の商標または登録商標です Formula 1 は Formula One Licensing BV, a Formula One Group Company の商標です その他の商標 登録商標またはサービスマークはそれぞれ各所有者に帰属します 70650-A4 JA 8/18 o2e