パワートレインシステムのNVH性能や耐久性を最適化するには、その動的挙動を正確に理解することが不可欠です。
EXCITE Mは、パワートレインを構成する各コンポーネントの複雑な動力学挙動を、極めて高い精度でモデル化・シミュレーション・解析することを可能にします。
この物理ベースのシミュレーションソフトウェアは、移動・変形・相互作用する柔軟体の実挙動を忠実に再現します。歯車や転がり軸受といった接触要素に加え、油膜軸受などの潤滑接触、さらには電磁・信号との相互作用まで考慮した解析が可能です。
個々の現象を個別に扱う従来のマルチボディダイナミクスツールとは異なり、EXCITE Mはすべての相互作用を同時にシミュレーションします。これは、実環境に極めて近い解析を実現するものであり、接触ダイナミクス、構造変形、潤滑効果といった重要要素を統合的に捉えることで、パワートレイン性能を包括的かつ現実的に評価できます。
EXCITE Mを使用することで、エンジニアは詳細なモデルを迅速に構築し、バーチャルで設計検証や潜在的な問題の予測を行えます。歯車系、クランクシャフト、ピストン‐ライナー間相互作用など、あらゆる対象に対して、高精度マルチボディダイナミクス解析により、より迅速かつ的確な意思決定を支援します。これにより、試作回数を削減し、市場投入までの期間短縮を実現します。
コストプレッシャー
実機試験には試作が必要となり、開発期間・工数・コストの増大につながります。
開発リードタイムの短縮
短縮化が進む開発サイクルの中で、生産開始を遅らせることなく、性能目標を満たすための迅速なシステム検証が求められています。
パワートレインの複雑化
機械系と電動系、さらに制御信号間の相互作用がますます複雑化しており、これらを的確に扱うための、より高度なソリューションが必要とされています。
まず、剛体を用いてジオメトリを定義し、すべり軸受や転がり軸受、歯車対、クランクトレイン構成部品など、さまざまなコンポーネントを連成します。これにより、シミュレーションモデルを迅速に構築することが可能です。状の単純なモデリングから始めて、剛体を使用し、コンポーネントをプレーンベアリングまたはローラーベアリング、ギアペア、ならびにカップリングやスプラインシャフトなどの回転カップリング要素と連結することで、シミュレーションモデルを迅速に構築できます。
統合されたComponent Modelerを使用することで、高度な有限要素モデルの準備や柔軟体の生成をシームレスに行えます。遊星歯車機構やクランクトレインなどの完全に統合されたアセンブリは、複雑な動的システムのセットアップを大幅に簡素化します。シミュレーション実行前には、運動学計算やアニメーションを通じてコンポーネント間の相互作用を検証でき、モデルの妥当性を事前に確認できます。
本ソフトウェアでは、迅速な評価に適した周波数領域での高速解析と、詳細な検討に対応する非線形時間領域解析のいずれかを選択できます。任意の位置における各ボディの運動や変形は、ダイアグラム、2Dプロット、3Dアニメーションとして可視化可能です。また、力やモーメントといったボディ間の相互作用も解析できます。
さらに、歯車の接触パターンや油膜軸受内の圧力分布といった専用解析結果を取得することも可能です。連続計算（シリーズ解析）に対しては、キャンベル線図が自動的に生成され、回転機械の動的特性評価を効率的に行えます。
EXCITE Mは既存の開発ワークフローにシームレスに統合でき、機械系から電気・電磁系までを含む複数領域を統合した解析を可能にします。
騒音低減を重視する場合でも、耐久性能の向上を目的とする場合でも、EXCITE Mは高い精度で目標達成を支援するための包括的な解析機能を提供します。
高忠実度
詳細な物理モデルを用い、複雑な相互作用を同時に解くことで、EXCITE Mは高忠実度な解析結果を提供します。これにより、高コストな実機試作への依存を低減し、開発期間を大幅に短縮するとともに、最高レベルの品質確保を実現します。
マルチレベルアプローチ
個々のコンポーネントからシステム全体に至るまで、複数のモデリング粒度を選択でき、解析精度と計算時間の最適なバランスを実現します。シミュレーションモデルは開発の進行に合わせて拡張・高精細化でき、設計フェーズに応じた柔軟な解析が可能です。
モデリング効率
EXCITE Mのソルバーは、開発当初から高い計算性能を前提に設計されています。これにより、特定の現象に対する詳細な検討も、短時間で実施できます。
さらに、FVA-WorkbenchとのREXSインターフェースやE-Motor Toolなどの組み込みツールにより、モデル準備やセットアップを効率化します。
トライボロジー
乾燥条件および潤滑条件下における摩擦・潤滑・摩耗の影響は、多くの技術分野で極めて重要です。EXCITE Mを活用することで、摩擦低減や摩耗最適化を実現し、軸受や各種コンポーネントの耐久向上に加え、エネルギー消費の低減にも貢献します。
NVH
EXCITEの中核技術の1つが、パワートレインユニットにおける構造伝播音および空気伝播音の解析です。
Operational Deflection Shape（ODS）、システムモーダル解析、数値伝達経路解析（Numerical TPA）、モーダル寄与度解析といった評価ツールにより、励起源や振動・騒音発生の原因を的確に特定できます。
電気・機械の連成解析
e-ドライブにおいて、電動モーターは主要なトーナルノイズ源となります。EXCITE Mは、PMSM、SCIM、EESMに対する騒音予測が可能です。
電磁力は、運転条件、回転速度、ロータ偏心、制御設定などに依存しますが、これらすべてをシミュレーション内で考慮できます。
また、PWM（パルス幅変調）がステータ力やロータトルクに与える影響についても解析可能です。
耐久
EXCITE Mは、ボディに作用する力およびそれに伴う変形を高精度に予測します。これらの結果は、時間履歴として有限要素（FE）解析および疲労解析ツールに連携され、クランクシャフトなどの主要コンポーネントに対する応力評価や寿命予測を可能にします。
EXCITE Mの各ツールを統合した効率的なワークフローにより、FE解析および疲労解析に必要な入力データをスムーズに生成できます。
AVL EXCITE™ M により、開発初期段階から量産開始に至るまで、内燃機関のNVH挙動を高い信頼性で評価することが可能になります。
熱力学による励起、構造の伝達特性、そして高い予測精度を統合的に考慮することで、コンセプト段階から確度の高い判断を行うことができます。さらに、試作開発段階では、検証済みモデルを用いてテストエンジンの振動挙動解析を支援します。これにより、開発の重点を明確にした効率的な設計検討が可能となり、最終的に音響性能目標の確実な達成につながります。
– Markus Dieterich, Development Engineer Acoustics, AUDI AG
二ストロークおよび四ストローク用途におけるピストンリングパッケージの設計は、当社の日常業務の一部です。
新たな顧客要求の高まりに伴い、設計内容を性格に検証する重要性はますます増しています。AVL EXCITE™ Piston & Ringsは、この課題に効率的かつ包括的に対応するための、既存開発ツールを補完する有用なソリューションだと感じています。
分かりやすく整理されたユーザーインターフェースにより、モデル構築やモデル変換が大幅に容易になり、また、解析結果レポートの自動生成によって、貴重な時間を節約することができました。
また、AVL との信頼性の高いコミュニケーション、迅速なサポート、そして顧客志向のソフトウェア開発姿勢を高く評価しています。
– Martin Ackermann, Global Technical Specialist Piston Systems, Kolbenschmidt Pistons Germany GmbH
高出力密度を実現する最新の風力発電用ギヤの設計には、システム横断的な解析ツールの活用が不可欠です。
特に、遊星歯車機構にすべり軸受を採用する場合には、解析ツールそのものに新たな計算要件が課されます。
AVL EXCITE™ M を用いることで、遊星歯車内のすべり軸受に作用する荷重を正確にシミュレーションし、周辺構造との相互作用を詳細に評価することが可能になりました。これにより、風力発電用遊星減速機におけるすべり軸受の適用性を的確に評価できます。
– Stefan Schemmert, Head of Validation and Development Eickhoff Antriebstechnik GmbH
WinGD では、AVL EXCITE™ M を用いた EHD（弾性流体潤滑）シミュレーションを、約25年にわたり実施してきました。その始まりは、EHDを考慮しない軸受設計が原因で発生した、96Cエンジンにおける一連の主軸受損傷でした。AVL EXCITE™の活用により、これらの問題に対する適切な解決策を見出し、対策として製品設計へ反映することができました。それ以降、AVL EXCITE™ は高度なマルチボディダイナミクス解析ツールとして、エンジン開発プロセスに不可欠な存在となっています。また、EHD解析結果は、実機運用における軸受のサービス実績と非常によく一致しており、その高い信頼性を裏付けています。
– Elzbieta Grüninger, Senior Development Expert Powertrain, Research & Development, Winterthur Gas & Diesel Ltd.
AVL Customer Case Study - EHD Bearing Simulations on WinGD 2 Stroke Engines
Increased demand to minimize cylinder distance for new twostroke, low-speed marine engine developments, including new engine structure concepts and design-to-cost approach, result in an increased need for EHD calculations of WinGD`s main bearings.
Find out how our multi-body dynamics simulation solution AVL EXCITE™ helped WinGD to successfully deal with this challenge.
AVL White Paper – Predictive Transmission NVH Analysis for ICE Based and Electrified Powertrains
Download our white paper to discover how simulation can be applied to optimize key powertrain NVH attributes, extending classical IC engine NVH to modern powertrains including highly complex transmissions and electrified powertrains.
AVL Customer Case Study - NVH Simulation at Deutz
Legal constraints which impose ever stricter emission limits are forcing engine manufacturers to drastically reduce the sound emission of their products. In addition, increasing end customer expectations require a greater focus on the acoustic behaviour of an engine.
お客様事例： EDAG 社の BEV 開発におけるシステムシミュレーション
バッテリー電気自動車（BEV）において高電圧蓄電装置は、性能、効率、航続距離という観点から非常に重要な要素です。これらの特性を最適化するためには、広範囲な調査が必要となります。それは車両全体の状況においても、時には極端な境界条件下でも同様です。
電気自動車（EV）は性能、航続距離、コストで評価されます。また、コンパクトなパワートレイン設計が望まれています。この設計は熱管理にも影響を及ぼします。
eモーターはほぼ無音で動作するため車両静粛性は向上しますが、エンジンの影に潜んでいたさまざまな騒音や振動が目立つようになっています。
AVLは、車両開発におけるシミュレーション利用に関する業界リーダーです。AVLの燃焼機関向けシミュレーションソリューションは、世界中のほとんどのエンジンメーカーで採用されています。
AVLはシミュレーションを活用して、パワートレイン開発において以下の3つを実現しています。第一に、クランクシャフトからコネクティングロッド、滑り軸受、バルブトレイン全体に至るまで、あらゆるコンポーネントの耐久性を確保しています。
Renewable energy tops the list of measures to be taken to reduce greenhouse gases in most discussions about climate change. In that respect, wind turbines show enormous potential for the future.