高速なエンジン振動シミュレーションCAEソフト「ESTECH.PS-X」を発表【エステック】

2013年10月21日

～独自開発した高速計算アルゴリズムでエンジン振動・騒音設計を支援～

㈱エステック（本社：神奈川県横浜市、代表取締役社長：阿部俊朗）は、運転中のエンジンの振動をきわめて高速に計算し、振動・騒音設計を支援する有限要素法CAEソフトウェア「ESTECH.PS-X」を開発しました。

開発のねらい

自動車の燃費向上への要求が年々高まる中で、自動車エンジンは一層の軽量化を求められています。　構造部品の軽量化を達成しながら車両の静粛性を維持向上していく上で、エンジン振動・騒音設計業務が担う役割は日を追って大きくなっています。
エンジン振動・騒音の設計検討では、運転中のエンジン振動シミュレーションを頻繁に行う必要があります。　しかしながら、従来のエンジン振動シミュレーションは1回あたりの計算に長時間を要するため、設計検討のボトルネックとなっていました。
ESTECH.PS-Xは独自の高速な計算アルゴリズムを採用することにより、従来の市販ソフトに比べ、きわめて短時間（当社ベンチマークテストで計算時間比約1/150）で同じ精度の計算結果が得られます。
また固有モード寄与分析、入力寄与分析などエンジン振動解析に特化した計算結果の分析機能を備えており、設計者は検討中のエンジン仕様の問題点を迅速に把握できます。
ESTECH.PS-Xを活用することで、設計者は開発エンジンの現状把握、要因分析と対策検討をきわめて効率的に行えるようになり、設計検討期間の短縮化を図ることができます。

独自の計算アルゴリズム

エステックは5年間にわたる基礎研究を行い、クランクシャフトとエンジン本体の振動を高速に計算する新しいアルゴリズムの開発に成功しました。　2013年8月には、この計算アルゴリズムに関する特許を取得しています。　（特許第5352026号）
構造物の振動は、内部のひずみが時刻とともに一定のパターンで変動を繰り返し、これが様々な周波数で同時に起こる現象です。　運転中のエンジン振動をシミュレーションする従来の市販ソフトでは例外なく、時刻ごとに振動を計算するアルゴリズムが採用されてきました。　しかしながら、このアルゴリズムは計算時間が長くなるという問題があります。
ESTECH.PS-Xはエンジン振動を時刻ごとではなく周波数ごとに計算する、周波数応答解析と呼ばれる計算法をベースにしたアルゴリズムを採用しています。　周波数応答解析は振動問題に特化した効率のよい計算法で、振動シミュレーションでは高速に結果が得られる手法として一般的に使われています。　しかし従来の周波数応答解析では、回転するクランクシャフトと回転していないエンジン本体の振動を同時にシミュレーションすることはできませんでした。
エステックは独自の基礎研究により、クランクシャフトとエンジン本体の振動がそれぞれ異なる周波数で作用し合う次数間連成のメカニズムを理論的に解明し、新しい運動方程式を導くことに成功しました。この理論により、エンジン振動を周波数応答で解くことを世界で初めて実現可能にしました。

分析機能

ESTECH.PS-Xは周波数応答でエンジン振動を計算するため、定常状態のモード寄与を精度よく計算することができます。　モード寄与は着目するモニタ点の振動に対し、エンジン構造が持っている固有振動モードが個々にどの程度の影響を持っているかを表します。着目するモニタ点、および周波数の振動に高い寄与を持つ固有モードを特定することで、適切な対策検討を行うことができます。　（下図）