Renault (GREEN)
Automotive & Transportation Simcenter Simcenter Amesim
Renault (GREEN)

未来のハイブリッド車および電気自動車の開発を、Simcenter Amesimを使って合理化したルノー

ブローニュ・ビヤンクール , France

あらゆるハイブリッド構成のエネルギー統合評価が可能な、ルノーのコラボレーション型プラットフォームを実現したシーメンスデジタルインダストリーズソフトウェアのソリューション

Automotive & Transportation Simcenter Simcenter Amesim

未来のハイブリッド車および電気自動車の開発を、Simcenter Amesimを使って合理化したルノー

ブローニュ・ビヤンクール , France

あらゆるハイブリッド構成のエネルギー統合評価が可能な、ルノーのコラボレーション型プラットフォームを実現したシーメンスデジタルインダストリーズソフトウェアのソリューション

quotation marks Simcenter Amesimを搭載したGREENプラットフォームは、さまざまな専門領域やシステムエンジニアを統合し、これまでコラボレーションしたことがなかったチームが協力して、エンジニアリングの問題について話し合い、共通の解決策を見出すためのものとして作られました。 Eric Chauvelier, アライアンスエンジニアリング、テストおよびデジタル部門、ハイブリッド / 電気システム向けメソッドおよびシミュレーションマネージャー Renault
課題
  • ハイブリッド車開発の複雑性に対応する
  • さまざまなハイブリッド向けパワートレインアーキテクチャを迅速に評価する
  • 設計サイクルのごく初期段階で素早い判断を下す
成功の鍵
  • 共通のプラットフォームによって、コミュニケーションと意思決定を促進した
  • あらゆるハイブリッド構成のエネルギー統合評価が可能なコラボレーション型プラットフォームを実装した
  • パートナーの専門知識とエンジニアリングスキルを活用した
成果
  • 高品質な製品を時間通りに妥当なコストで提供
  • 将来のプロジェクトにも対応できる、柔軟な開発プラットフォームを構築
  • 市場投入期間を短縮

Renault (GREEN)

1899年に創業したルノーは、フランスの多国籍自動車メーカーであり、多彩な自動車やバンを生産しています。ルノーグループの従業員は117,000名を超え、125か国に拠点を持ち、2014年の自動車販売台数は2,712,432台を記録しました。

http://www.renault.com

quotation marks Simcenter Amesimを搭載したGREENプラットフォームは、さまざまな専門領域やシステムエンジニアを統合し、これまでコラボレーションしたことがなかったチームが協力して、エンジニアリングの問題について話し合い、共通の解決策を見出すためのものとして作られました。 Eric Chauvelier, アライアンスエンジニアリング、テストおよびデジタル部門、ハイブリッド / 電気システム向けメソッドおよびシミュレーションマネージャー Renault

複雑なハイブリッド車開発

CO2排出量削減は、継続的な課題です。2026年までに課される規制により、すべての国が共通のレベルに合わせることが重要になってきました。将来のCO2排出基準に適合させるには、自動車の電動化が肝要であり、ハイブリッド車の開発はすべての自動車メーカーにとって、「あったらいいもの」から「なくてはならないもの」へと変わりました。

従来の車や電気自動車のエネルギー源は単一ですが、ハイブリッドパワートレインは可能なアーキテクチャの組み合わせが多数存在していることもあり、それよりかなり複雑です。例えば、パラレルハイブリッド車では、推進力を提供するものを複数組み合わせることも、単独で使用することもできます。シリーズ方式のハイブリッド車は、電気モーターで走行しますが、電気エネルギーは内燃機関など、車内の別の装置から供給されます。

ハイブリッドパワートレインは分野横断的な性質を持っているため、エンジニアはそれぞれのエネルギー源に必要な力を調整し、それ以外のシステム (トランスミッションや冷却システムなど) が車両のエネルギー性能にどのような影響を与えるかを調査し、最適な選択肢の有効性を証明することが求められます。これらの業務では、多数の組み合わせを調査することになり、エンジニアは適切な制御戦略を細部まで検討しなければなりません。

そのため、さまざまなハイブリッドパワートレインのアーキテクチャを迅速に評価し、最も効率のよいものを選択し、コンポーネントの特性を比較し、いろいろな走行パターンでの性能を評価することが、強く必要とされています。ハイブリッドパワートレイン設計には、その設計サイクルの各段階において、複数の物理学領域を管理し、システムアーキテクトや、プロジェクトマネージャー、アプリケーションスペシャリストなど、さまざまなエキスパートがコラボレーションすることが要求されます。このエキスパートたちが複雑性を克服し、リスクを管理できなければ、イノベーションは生まれません。製品の複雑性には、製品を作るためのプロセスから発生する複雑性と、製品の開発と供給に関わる、すべての人のやり取りの複雑性がありますが、これらを管理するとなると、次のようなシンプルな疑問が発生します。「この複雑性を緩和して、高品質な製品を時間通りに妥当なコストで提供するには、どうすればよいのか?」

設計の初期段階で技術的な判断を下す

世界第4位の自動車メーカーであるルノー日産は、イノベーションと差別化によって前進しています。現在の差別化要因の1つは、手ごろな価格で環境にやさしい車を提供できる能力です。ルノー日産アライアンスグループは、企業活動および製品の環境への影響を、製品の設計からリサイクルに至るライフサイクル全体で削減することを目標に掲げています。世界の電気自動車市場においてルノー日産は、フルEVのルノー「ZOE」や日産リーフなどで、すでに約70%を占めていますが、先進的なハイブリッドアーキテクチャ開発によってラインアップの拡大を目指しています。

コンセプトカー「EOLAB」は、その第一歩です。新しいプラグインハイブリッドであるEOLABはコンパクトで高くなく、時速最高120キロで60キロ以内の距離をゼロエミッションで走行可能であり、超低燃費を実現しています。「ゼロエミッション」ハイブリッド技術は、数年以内にルノーの電気自動車に採用される予定です。

この未来への技術を開発するため、ルノー日産アライアンスは現在、専用のツールと手法を実装しているところです。ルノー日産は、テストとデジタル・エンジニアリングのための部門を設置しました。この組織が、社内に向けて将来のプロジェクトでイノベーションを推進するための適切なコンピューター支援エンジニアリング (CAE) 手法と数値モデルの提供を担います。この部署には12名からなるチームがあり、メカトロニクスシステム・エンジニアの仕事の簡素化に注力しています。エンジニアからの要望は、はっきりしていました。あらゆるハイブリッド構成のエネルギー統合を評価できるコラボレーション型プラットフォームです。これには妥当性確認ループが設けられ、設計前の段階での意思決定を助けます。

エンジニアは、迅速に燃費目標を確認し、プロジェクトのロードマップを計画し、さまざまなサブシステムのサイズを決定しなければなりません。選択したハイブリッド環境を簡単に最適化できる、使いやすいマルチフィジックス・シミュレーション環境が必要でした。プラットフォーム上で、エキスパートはカスタマイズができ、エキスパートでなくてもパラメーターを組み合わせて素早くテストを行える機能も望まれていました。このようなニーズに応えるため、ルノーはシーメンスデジタルインダストリーズソフトウェアの製品ライフサイクル管理 (PLM) ツールやスペシャリストの力を活用して、エネルギー統合シミュレーションプラットフォームを開発し、GREEN (Global and Rational Energy EfficieNcy) と名付けました。

コラボレーション型仮想設計プラットフォーム

テストおよびデジタル・エンジニアリング部門が開発したGREENプラットフォームは、アプリケーション固有のグラフィカル・ユーザー・インターフェース (GUI) であり、Simcenter Amesimソフトウェアや、MATLAB®環境、Simulink®環境、Excel®表計算ソフトウェアのファイルリポジトリとリンクしています。エンジニアはこのプラットフォームで、モデルのパラメーター化や、シミュレーションの実行、結果のポスト処理を素早く行えます。包括的なハイブリッド車のコンフィギュレーターがあらかじめ組み込まれているので、ユーザーはいくつものハイブリッドアーキテクチャから選択することができます。この部門ではさらに、「パラメータ化可能な」サブシステムで構成された汎用プラントモデルのアーキテクチャも開発しました。サブシステムは個別に有効 / 無効に設定可能です。

汎用物理プラントモデルは、シーメンスデジタルインダストリーズソフトウェアのSimcenter Amesimを使って作成されました。エネルギー管理と高度な制御方式は、Simulinkがサポートしました。ユーザーが作成するハイブリッド車は、マニュアル、オートマチック、ロボタイズド、またはデュアルクラッチのトランスミッションから選べ、電気モーターはフロントアクスルまたはリアアクスルに、あるいはクラッチの前または後ろに配置するなどのオプションがあります。アーキテクチャの設定が完了したら、すべてのサブシステムのサイズを定義します。例えば、電気機械は30kWか50kWか、ディーゼルエンジンは1.6Lか2Lかなどです。どのような組み合わせも、すぐに構成できます。

エンジニアは次に、エネルギー制御方式の定義と最適化を行い、内燃機関をいつ、どのトルクレベルで起動させ、いつ、どのようにして熱機関から電気機械に切り替えるかを指定します。アーキテクチャの定義とサブシステムの選択が終わると、GREENプラットフォームのポスト処理機能によってエネルギー管理方式が自動的に最適化されます。これは、すでに選択されたメカトロニクスアーキテクチャとコンポーネントのパラメーターによって決定されます。

このように多機能で使いやすい統合ワークフローの中で、エンジニアはアーキテクチャを選択し、パラメーターやさまざまなローリングシナリオの管理と可視化を行うことができます。エネルギー管理方式を作成する必要はありません。スキルの高いユーザーは、必要に応じて新しいエネルギー管理と制御の方式を、特定の調査のために簡単にテストできます。

柔軟でパワフルなGREENプラットフォームによって、エンジニアはアーキテクチャ、選択されたサブシステム、およびエネルギー管理制御ルールの定義と妥当性確認を数時間で実行可能です。このプラットフォームでは共通言語によってコミュニケーションと意思決定が促進され、さまざまな領域の専門知識と、同じプロジェクトに参加しているアプリケーションエンジニアを結集することができます。「Simcenter Amesimを搭載したGREENプラットフォームは、さまざまな領域の専門知識やシステムエンジニアを統合し、これまでコラボレーションしたことがなかったチームが協力して、エンジニアリングの問題について話し合い、共通の解決策を見出すためのものとして作られました。」と述べたのは、Eric Chauvelier氏です。彼はテストおよびデジタル部門で、ハイブリッド / 電気システム向けメソッドおよびシミュレーションマネージャーを務めています。プラットフォームからは、燃料およびエネルギーの消費量、性能、パワートレインの動作点、およびドライブライン全体のエネルギーフローの結果が提供されます。さらに、物理特性または制御パラメーターに関する感度解析も、ツールによって簡単に管理できます。

Simcenter Amesimの力

GREENソリューションの新しいGUIは、Simcenter Amesimの上に開発されました。Chauvelier氏はさらに、次のように語っています。「シーメンスデジタルインダストリーズソフトウェアによるメカトロニクスシステムのシミュレーションプラットフォームには、市販のコンポーネントが、カスタマイズ可能で妥当性確認済みの状態で揃っていて、サブシステムからシステム統合まで、車両全体のアーキテクチャを構築できます。Simcenter Amesimは柔軟性とロバスト性を兼ね備えたバックボーンであり、マルチレベルアプローチによって、コンポーネントがどの設計段階にも適合します。初期のアーキテクチャ定義にはマップベースのモデルを使い、高度なエンジニアリングには、より詳細なモデルと作動を使って、サブシステムやコンポーネントを最適化できます。マルチドメインなソフトウェアであるため、電気モーターや、内燃機関、トランスミッションシステムなどのドライブトレインのコンポーネントのモデリングができるだけでなく、燃費や、排出量、性能、運転しやすさといった車両属性のバランスをとることもできます。」

ルノーはGREENツールの開発にあたって、シーメンスデジタルインダストリーズソフトウェアのエンジニアの力を大いに活用しました。エンジニアチームと彼らの専門知識は、ルノーにとって貴重なものであり、プラットフォームの開発時に重要な問題を解決する助けとなりました。Simcenterのエンジニアは、顧客のエンジニアリング面の課題を完全に理解していました。彼らは数値シミュレーションの達人でもありました。

潜在能力の高さもSimcenter Amesimが選ばれた理由の一つでした。新しい車両の設計要件を管理できるように、GREENプラットフォームはさらに進化していく予定です。Simcenter Amesimのオープン性は、モデルの進化プロセスの合理化、組み込まれた制御とのやり取り、ほかのプラットフォームやモデルとのやりとりを可能にしています。

Simcenter Amesimは非常に柔軟なプラットフォームとして定評があり、制御の可読性が高いMATLABやSimulinkとの協調シミュレーションを実行でき、組み込みコードとの双方向性もあります。Simcenter Amesimの中で、オープンソース・プログラミング言語であるPythonや高水準プログラミング言語であるMATLABを使ってスクリプトを記述できるため、エネルギー統合調査 (データ、計算、シミュレーション開始、ユースケース、解析、合成など) のワークフローをエンジニアが管理でき、複雑なモデルを完璧に実行できます。

今後はSimcenter Amesimの柔軟性を活かし、GREENプラットフォームを進化させ、従来型パワートレインにも解析を適用し、燃費や性能のほか、熱的快適性、ボードネットワークエネルギー管理、運転しやすさ、排気などの重要な属性のトレードオフ解析を実行することが計画されています。

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