最適設計のためのソリューションセミナー 2012 ～ くるま×ひと×技術＝事例から探るくるまの未来のカタチ ～【サイバネットシステム】

Full vehicle concept modeling and optimization in early-concept development phase for acoustic and vibration comfort is a very important task in automotive industry. Throughout the design phases, numerous concept optimization sequences for small car components to global full vehicle modeling and optimization, are run at BMW in search for premium NVH performance.

Car body stiffness plays a very important role herein. A multi-objective optimization process, using beams and shells FE concept models, is used to obtain optimal functional performance of the car body. In this sequence numerous conflicting functional targets and design constraints have to be respected, while minimizing construction space and weight. These optimized car body concept models are subsequently used in full vehicle multi-body simulation processes for evaluating and refining customer relevant functional performance targets.

Different optimization and design exploration processes, using various application cases, are shown, highlighting the role of the Optimus software and optimization technology in general. An outlook at future developments is given as well.

講演概要：
設計初期段階において、騒音・振動を考慮したフルビークルのコンセプトモデリングおよび最適化を実施することは、自動車業界において非常に重要な課題である。BMWでは、全設計工程を通じて、最高品質のNVH性能を実現するために、各コンポーネントからフルビークルに至るモデリングや最適化を実施している。

ここでは、車体の剛性が非常に大きな役割を持つ。車体の最適な性能を得るために、ビームおよびシェルの有限要素コンセプトモデルを用いた多目的最適化をおこなった。多目的最適化プロセスにおいては、複数の競合する出力や制約を考慮しつつ、重量と構造空間の最小化を実施した。これらの最適化された車体コンセプトモデルは、乗員のNVH性能を満足するために、フルビークルマルチボディシミュレーションプロセスに使用される。

本講演では、Optimusや最適化技術に焦点を当てつつ、複数の事例を通じて最適設計アプローチと将来の展望を紹介する。

Automotive engineers worldwide are confronted with competitive and often conflicting demands to deliver complex, high-quality products in ever shorter development cycles. As engine performance can no longer be optimized solely with test-based approaches, numerical simulation methods are widely used to assess and improve the engine design based on virtual prototypes.

This motivates why internal combustion engines are analyzed with advanced engine performance and gas dynamics software to predict and improve their realistic behavior before committing to physical prototyping.

Engine cycle simulation software, such as Ricardo WAVE, usually calculates performance results based on input data provided by design engineers. Of course this type of analysis can be used for validation or prediction purposes only. But when targeting engine design and performance improvements, a tool like Optimus is needed to automatically explore the design space, provide deeper insight, and identify designs that best match the engine specifications and take into account all relevant design constraints.

This presentation introduces several case studies that illustrate how Optimus, combined with Ricardo WAVE, modifies intake/exhaust manifold geometry, valve timing, etc. in order to optimize internal combustion engine performance. To minimize such engine’s environmental impact at the same time, Optimus efficiently helps reduce fuel consumption and noise emission, transforming this task into a challenging multi-disciplinary and multi-objective optimization project.

講演概要：
市場の変化や技術の進歩が著しい近年の自動車開発においては、多くの競合する設計要件を満足する複雑で高品質な製品を今まで以上に短い開発期間で開発しなければならない。エンジン性能の最適化アプローチは、もはや実験だけでは実現できなくなっており、仮想プロトタイプを用いたシミュレーションが広く使用されている。

この状況の中、内燃機関エンジンの開発には、その性能検証や性能向上を行うために、実機による検証試験を行う前にエンジン性能やガス・ダイナミクスのシミュレーションが適用されている。

Ricardo WAVEのようなエンジン性能シミュレーションソフトウェアは、設計者の与えた入力値に基づいて解析し検証や予測の目的のみに利用されるのが一般的であるが、エンジン性能の改善を目的としたい場合、Optimusのような最適設計支援ツールと連携して利用することにより、仕様や制約条件を全て満足しつつ、設計空間の分析や最適解の探索を自動的におこなうことが可能となる。

本講演では、OptimusとRicardo WAVEを連携し、吸排気マニホールドの形状やバルブタイミング等を変更し、内燃機関エンジンの最適化に取り組んだ事例をいくつか紹介する。また、エンジンの環境への影響を最小限に抑えるため、複合領域に跨る多目的最適化により、燃費と騒音を効率良く改善した事例もあわせて紹介する。