※本ブログは、SIMULIA Blog （英語版）で既に発表されたブログの日本語参考訳です。
自動車の先進運転支援システム（ADAS）は、安全で快適な運転体験を確保するために、カメラ、ライダー、レーダーなどのさまざまな技術を利用しています。これらの技術の中で、レーダーは物体を検出し、追跡する上で重要な役割を果たします。しかし、車両に統合されると、レーダーの性能は車体や近くの他のコンポーネント（バンパー、シャーシ、ケーブルなど）から響を受けます。バンパーの材質、形状、厚さ、そしてセンサーを取り囲む散乱を生じさせるコンポーネントは、レーダーの性能に大きな影響を与えます。したがって、車両に統合された際のセンサーの性能低下を調査することは、非常に価値のある機会となります。実際のプロトタイプが完成する前に、現実的な条件をシミュレートして仮想環境でレーダーを検証することは、以下に示すように、製品開発段階で設計変更を早期に取り入れ、コストを削減するのに役立ちます。
レーダーを車両に統合するためのシミュレーションは、さまざまな段階に分けて行うことができ、それぞれが調査をさらに深く掘り下げていきます。最初の段階では、アンテナとセンサーコンポーネントの最適化が行われます。CST Studio Suiteは、アンテナ素子の放射特性を細部にわたって検討することを可能にし、その結果、実験室で多数のプロトタイプを構築しテストする必要性を減らすことができます。センサー開発のさまざまな側面は以下の内容を含みます：
- 多層RF基板上における給電構造と放射素子のレイアウト設計。
- RFボード、レドーム、パッケージング、データコネクタ、ケース、その他のコンポーネントを含む包括的なセンサーモデルを通じて、電磁界的に整合が取れたレドームを設計すること。
CST の Time Domain – FIT 技術は、高度で多用途なソルバーで、広帯域アプリケーションを一度の実行でシミュレーションすることができ、センサー開発における前述の課題に効率的に対処するため、非常に優れた性能を発揮します。 次の段階では、センサーの前に配置されるバンパーの最適化に焦点を当てます。バンパーは複雑で多層構造を持ち、基層にはプラスチックが使われ、その上にプライマーと塗装が施されています。これらのバンパーは、ミリメートル単位の厚さを持ち、レーダーセンサーの動作波長と同程度の厚さであるため、センサーの性能に大きな影響を与えます。バンパーが存在することで、電波は反射、屈折、散乱を受け、これがレーダーセンサーの性能低下を引き起こします。バンパーの影響を効果的に軽減することは、大きな課題となります。バンパーの形状、材質、位置の最適化は、最適な取り付け性能を達成するためにターゲットとすべき主要なパラメータです。これらの変数がレーダー性能に与える影響は、以下で詳述されます：
次の段階では、センサーを取り囲むシャーシ部分に注目し、それらがバンパーとともにレーダー性能に与える影響を解明することを目指します。以下の図は、より急な角度で、センサーから発射された電磁波とシャーシとの相互作用がより顕著になることを示しています。
センサー、シャーシ、バンパー間で発生する複数の反射は、ターゲットの不正確な推定を引き起こし、誤警報を招く原因となります。
主な課題は、この高周波数でのセンサーとシャーシの巨大なモデルに対するシミュレーションのツールチェーンを確立し、シミュレーションの精度と速度の最適なバランスを達成することにあります。これを次の例を用いて示します：
センサーとシャーシのモデルは、CST のTime Domain ソルバーを使用して離散化されます。全波解析ソルバーは高い精度を提供しますが、メッシュ要素が約30億に達し、計算リソースが非常に高くなります。その結果、シミュレーション時間は大幅に延び、プロジェクトごとの平均は約14日となります。CSTのハイブリッド機能は、さまざまなソルバーの強みを組み合わせることで、精度と計算リソースのバランスを取り、時間的制約内で効率的に解析を行うことを可能にします。現在の問題においては、Time DomainソルバーとAソルバーをハイブリッド化するアプローチが最適であることが以下に示されています：
このアプローチでは、センサーと隣接するコンポーネントは、物理的な共振効果により高い精度が要求されるため、全波解析ソルバー（タイムドメイン）を使用して解析されます。ステップ3では、センサーと隣接する設置物からなる近傍電場を抽出し、これらはステップ4でソースとして使用されます。シャーシの残りの部分は、精度よりも速さを重視してAソルバーで計算されます。このハイブリッド手法は、両方のアプローチの利点を効果的に組み合わせ、両方の手法のメリットを提供します。以下に示すように、このアプローチはシミュレーションのリソースと時間を大幅に削減します：
さまざまなシミュレーション手法の精度と測定結果の比較が以下に示されています。ハイブリッド手法が全波解析手法および測定結果と非常に一致しており、車両統合アプリケーションに適していることが明らかです：
車両統合シミュレーションの将来の戦略は、モデリングとシミュレーションのプロセスをシームレスに統合するために3DEXPERIENCEプラットフォーム（3DEXPERIENCE platform）を活用することにあります。この統合プラットフォームは、製品開発のさまざまな側面を統合し、ユーザーが製品設計を共同で開発し、検証できるようにします。車両統合シミュレーションの分野では、CAD最適化がワークフローにおいて重要な役割を果たします。現在、CAD最適化にはCATIAが使用されており、レーダーRFシミュレーションとは独立して実施されています。主な課題は、CATIAからCST Studioに適した形式にCADデータを最適化し、変換するために時間と労力を必要とする所です。
3DEXPERIENCEプラットフォームのような統合されたモデリングおよびシミュレーションプラットフォームは、CATIAでのCAD最適化プロセスと、CST Studioで行われるレーダー配置ワークフローを統合することができ、シミュレーションやモデリングの労力と時間を大幅に削減し、レーダー統合シミュレーションプロセスをさらに最適化することができます。
著者について
Yadhukrishnan M K3、テクニカル リード – RF シミュレーションは、2020 年に Continental AG 入社。顧客/社内のマイルストーンに従って、要求されるスコープと品質で主要な RF シミュレーション活動 (自動運転に重点を置く) の計画と実行をリードする責任者です。主に車両統合シミュレーション、EMI/EMC、アンテナ/センサー開発、レーダーベースの自動運転機能、シナリオ シミュレーションの側面をカバーするプロジェクトに参画しています。
RF モデリングとシミュレーションのアプローチ/ツールに関して幅広い経験を有しており、7 年以上のキャリアの中で、製品開発における RF と EMI/EMC の課題の緩和に携わり、エレクトロニクス、航空宇宙、自動車、防衛、研究などの業界分野のクライアントと協業してきました。電磁気学と RF/アンテナ エンジニアリングの分野で工学修士号を取得しています。
Yadhu 氏は2023年の SIMULIA Champion でもあります。
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3Dソフトウェア市場におけるパイオニアであり、3DとPLMソリューションのワールド・リーダーであるDassault Systèmes（仏）の日本法人です。