フォード社 ― SIMULIAでNVH性能を向上

※本ブログは、SIMULIA Blog （英語版）で先に公開されたブログの日本語参考訳です。

課題

自動車業界は歴史的な転換点を迎えています。多くの自動車メーカーが長期的な電気自動車（EV）戦略を採用していますが、市場での大規模な普及はいまだ不透明な状況です。EV戦略の変更や市場の需要に迅速に対応するため、自動車メーカーには、これまで以上に俊敏（アジリティの高い）な製品開発プラットフォームが求められています。
 
変化する市場で競争力を維持するため、自動車メーカーは素材の変更によるノイズ低減と快適性の向上を検討しなければなりません。
 
大手自動車メーカーであるフォード社は、車両の電動化と軽量化という二重の課題に直面しています。電気自動車（EV）への移行によりエンジンのマスキング音がなくなり、きしみ音やガタつき音といった他のノイズが目立つようになります。同時に、効率向上のためにアルミニウムなどの軽量素材を使用すると、ノイズや振動の影響を受けやすくなります。フォード社社には、NVH（ノイズ・振動・ハーシュネス）、耐久性、快適性を最適化するための堅牢な解析手法が必要でした。

解決策

フォード社社は、3DEXPERIENCEプラットフォーム上のSIMULIAソリューション、特にMaterial Calibration Appを活用し、包括的なマテリアルライブラリを開発しました。これにより、ゴム製コンポーネントの効率的な解析と最適化が可能となり、車両の品質と快適性を確保しながら設計プロセスを加速させました。

効果/成果

フォード社が素材ライブラリを一元化したことで、さまざまな素材の特性を標準化できるようになり、データがアクセス可能であるだけでなく正確性も確保されました。これにより、エンジニアはシミュレーションや解析を行う際に信頼できる情報源を使用できるようになり、素材特性を探すために費やす時間を大幅に削減しました。

課題：自動車設計における新たなNVHのフロンティア

自動車業界は大きな変革を迎えています。EVの台頭は、音振（NVH）エンジニアリングにこれまでにない複雑な課題をもたらしています。内燃エンジンの音がなくなると、他のノイズがより目立つようになります。これにより、エンジニアはきしみ音やガタつき音、そしてコンポーネントの遮音（アイソレーション）に対して、これまで以上に注意を払う必要があります。

「自動車業界における競争は非常に激しいです。もし、最も丈夫で、静かで、耐久性のある車を提供できなければ、いくつかの課題に直面するでしょう。」

— James Swayze, Senior Technical Specialist in NVH, Ford Motor Company

同時に、効率性の向上を目指す動きにより、車両プラットフォーム全体で軽量化が進んでいます。アルミニウムのような素材は全体の質量を減らす一方で、音振（NVH）の課題も生み出します。軽量で密度の低い素材は、音を遮断する効果が低いためです。この傾向は、バッテリー電気自動車の重量増加（従来の車の4,000ポンドに対し、6,000-7,000ポンド）と相まって、より複雑なエンジニアリング環境を作り出しています。エンジニアは、静かで快適、かつ耐久性のある車両を提供するために、これらの相反する要求を管理しなければなりません。

フォード社では、絶縁コンポーネントの性能を正確に予測し、厳しいパッケージスペースの制約内で部品を最適化し、厳格な耐久性と性能目標を満たすために幅広い素材を管理し、競争力を維持するために解析サイクルを加速させる方法を必要としていました。

解決策: SIMULIAを活用したデータ駆動型アプローチ

フォード社は、3DEXPERIENCEプラットフォーム上のSIMULIAソリューションを採用し、高度なマテリアル解析とシミュレーションのワークフローを構築しました。その重要な要素は、車両の絶縁と減衰に不可欠なゴム製コンポーネントのための詳細なマテリアルライブラリの開発でした。

SIMULIAのMaterial Calibration Appは、このプロセスにおいて重要な役割を果たしました。このアプリは、フォード社のエンジニアにマテリアルテストデータを簡単、迅速、かつ正確に処理するツールを提供しました。エンジニアは、ゴムのPayne効果をモデリングするProny級数などの複雑なマテリアルモデルを迅速にキャリブレーションすることができました。

「Material Calibration Appは非常に使いやすいです。 とても早く処理され、非常に正確です。データフィッティングの反復を行っても、毎回完璧に一致します。」

— James Swayze, Senior Technical Specialist in NVH, Ford Motor Company

キャリブレーションされたマテリアルデータを使用して、フォード社はSIMULIAツールスイートを統合し、有限要素解析（FEA）モデルを構築および解析しました。プラットフォームのパラメトリック設計機能により、エンジニアは最適化を実行し、コンポーネントのサイズや形状を調整して、剛性、耐久性、絶縁性能の理想的なバランスを見つけることができました。マテリアルテストからモデル作成、解析、最適化までのワークフロー全体が、3DEXPERIENCEプラットフォーム上でシームレスに統合されています。

結果：最適化された性能と前例のない効率性

3DEXPERIENCEプラットフォーム上のSIMULIAソリューションを採用することで、フォード社のNVHチームはマテリアル解析と設計最適化の管理方法を根本的に変革しました。マテリアルデータベースを一元化したことで、信頼性と精度が新たなレベルへと引き上げられ、エンジニアはシミュレーションモデルに自信を持てるようになりました。

最も直接的な改善効果の一つは、これまで時間を要していた手作業のプロセスを「マテリアル・キャリブレーション・アプリケーション（Material Calibration App）」へと置き換えたことにあります。以前はExcelスプレッドシートでカスタムソルバーを構築する必要がありましたが、今では数回のクリックで済み、より多くのマテリアルを評価し、追加の設計反復を探求する時間が確保されました。

パラメータ化されたモデルと強力なシミュレーション解析ツールにより、フォード社はマウントやアイソレーター（遮音・防振材）といったコンポーネントを、性能とパッケージング（配置スペース）の両面において効率的に最適化できるようになりました。これにより、現代の車両アーキテクチャにおいて極めて重要な要素である「無駄なスペースを消費しないこと」を達成しつつ、十分な耐久性と遮音・防振性を確保しています。

そしておそらく最も重要な点は、このアプリが試験データを処理し、極めて高い再現性（高フィデリティ）で材料モデルを適合（フィッティング）できる能力を持っていることです。これにより、エンジニアはシミュレーション結果に自信を持てるようになりました。この精度は、フォード社の厳しい耐久性基準を満たし、顧客の快適性と静粛性の期待に応える最終製品を提供するために不可欠なものとなっています。

「Material Calibration Appの前は、Excelソルバーを使っていました。データをすべて入力してモデルを構築する必要があり、非常に時間がかかる作業でした。今ではデータをインポートするだけで、すぐに結果が得られます。とても簡単で迅速です。」

— James Swayze, Senior Technical Specialist in NVH, Ford Motor Company

結論

自動車業界の情勢が進化するにつれ、エンジニアリングチームへの要求は一段と厳しくなっています。フォード社の経験は、強力で統合されたシミュレーションプラットフォームが成功に不可欠であることを示しています。3DEXPERIENCEプラットフォーム上でSIMULIAを活用することで、フォード社はエンジニアに現代の車両が抱える複雑なNVH課題に対処するツールを提供しました。
素材を迅速かつ正確にキャリブレーションし、性能をシミュレーションし、設計を最適化する能力により、フォード社は競争の激しいグローバル市場において、耐久性に優れ、静かで高品質な車両を提供し続けるリーダーであり続けています。

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