自動車開発での本質へのアプローチ
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豊橋技術科学大学自動車研究部でテクニカルディレクタを務めていた時、何を考えていたのかをまとめました。非線形多変量、トレードオフと戦うには、品質工学における基本機能にヒントを求めるのが正しいのではないかという主張です。
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自動車開発での本質へのアプローチ
- 2. 自動車工学の世界 ✤ 動けばいい、のは１００年前の話。 ✤ 感性の世界へ突入したのは５０年前 ✤ 膨大な技術の蓄積を土台とした多角的技術
- 3. TUT-F技術開発 ✤ 統合的ホイルアライメント技術 ✤ マスバランスマネジメント ✤ クラッシュセーフティー ✤ エルゴノミクス ✤ 吸排気系インピーダンスマッチング 及び環境適合性の追求 ✤ エアロダイナミクス ✤ 統合的先端複合材技術
- 4. トレードオフと の戦い ✤ まず、人命を掛ける ✤ ダイナミクスこそ全て ma=μF : aを最大化するのがレーシングカー。 m:イナーシャテンソル μ：friction circle management F:トルクデリバリー、ストッピングパワー、 CF ✤ コスト、車重、安全性、環境性能が aに対して全面的にトレードオフ
- 5. 多変量との戦い ✤ 自動車設計はマルチパラメタ ✤ 値ではなく、多次元MAP。写像が重要。 ✤ 非定常問題 (レイテンシ、ゲイン、リニアリティ) ✤ 熱、流体、弾性体、粘弾性体、そして剛体の物 理の知識が前提
- 6. 自動車のTDとは ✤ 車両の全体コンセプトを管理 ✤ トレードオフ要件を整理する。 ✤ トレードオフ要件に対して仕様 確定する。 ✤ 設計メンバから迷いを取り除く 。
- 7. ビークルダイナミクス ma=μF ✤ a：加速度ベクトル 走る、曲がる、止まる。あらゆる機能における、出力となる aで考えれば過渡応答の問題から解放 ✤ m；慣性テンソル、 平たく言えば、車両重量、ヨー、ロール、ピッチの慣性モーメント 設計的にはマスバランス最適化が課題となる。 ✤ μ；グリップ円、統合的ホイルアライメントで決まる 設計パラメタ ✤ F；駆動力（トルクデリバリー）、制動力、CF 設計パラメタ ✤ aを最大化する上で、m、μ、Fが全部干渉するから車は難しい。
- 8. レーシングカーの基本機能 ✤ 基本機能 ✤ 入力；舵角、ペダルストローク ✤ 本当の出力；a ✤ 仮の出力；CF、V、ヨーレート
- 9. 自動車開発におけるPSPの例 ✤ トルクデリバリー ✤ 統合的ホイルアライメントテクノロジー ✤ マスバランス最適化
- 10. m；イナーシャマネジメント ✤ 要求 ✤ 基本的には軽く作りたい。 ✤ 重心を低くしたい。荷重移動を最小限に抑えたい ✤ 慣性モーメントは限界まで削って、固有振動数稼ぎつつサスをソフトにしたい ✤ でも配置すべきコンポーネントがあるし、予算に限りある。 ✤ 対応 ✤ 設計パラメタは軽量化コスト分配とコンポーネント配置 ✤ 重心と慣性モーメントをパラメタとした線形結合評価関数を作って決めた。重みは車両実験で決定
- 11. μ；ホイルアライメント ✤ やりたいこと；タイヤのグリップ円最大化、すなわちトレッド面の面圧積分値最大化、と表面温度管理 ✤ 動的なパラメタ；ヨー、ロール、ピッチ、キャンバー、トー、 ✤ 設計パラメタ；ホイルアライメントジオメトリと動的な剛性、アンチローリング特性、固有振動数 ✤ 基本機能 ✤ 入力 舵角とペダルストローク ✤ 出力 aのリニアリティを最大限に確保しつつ、穏やかにサチらせる。 ✤ 誤差要素 タイヤの動力学、路面幾何学、動的なボディ姿勢、アライメント誤差、ボディ剛性、アライメント精度、車高 誤差
- 12. μ；ホイルアライメント ✤ 設計の進め方 ✤ タイヤの仕様決め→タイヤの要求アライメント精度を確定させる。 ✤ ボディの６軸での動きの仕様を決める バネ上の６軸の固有振動数決めて、ダンピングで姿勢変化速度を決めて、狙いのボディ姿勢からアンチローリ ング特性を決めて、 ✤ ボディ姿勢に合わせてトーとキャンバーの動特性を作りこみ、 要求アライメント精度で路面にタイヤを立てる。 ✤ ホイルの動的なアライメント精度がそのままメカニカルグリップと直結。 エアロがあると事情はだいぶ違い、車高誤差がそのまま性能に直結する。 ✤ 加速度とスキール音の周波数特性、サスストロークセンサー、タイヤ表面温度で計測評価する。
- 13. トルクデリバリー ✤ 基本機能 ✤ 入力；アクセル開度（ペダルストローク） ✤ 出力；a 加速度（トルク） ✤ 基本機能を乱す要素 ✤ 過渡応答最悪、吸排気系インピーダンスマッチング、回転数特性、エンジンto路面のインピーダン スマッチング
- 14. ストッピングパワー ✤ 基本機能 ✤ 入力；ブレーキペダル（インピーダンス特性をどうするかはチューニング次第） ✤ 出力；減速加速度 ✤ 基本機能を乱す要素 ✤ 熱交換、pedal to pod剛性とヒス損、コンタミ、雨、
- 15. マフラーのPSP ✤ 機能 ✤ 排気の誘導 ✤ 排気の質量流量最大化 ✤ 排ガス浄化、エミッションコントロール ✤ 排気音低減 ✤ やなこと（設計干渉事項） ✤ かさばる、重い
- 16. マフラーのPSP ✤ ビークルダイナミクスma=μF；aを最大化 ✤ F；トルクデリバリーのリニアリティ ✤ トルク＝ゲイン＊アクセル開度 ✤ ところが、T＝α＊Aとはならず、T＝f（t,ω,A） 要するに、過渡応答、回転数依存がある。
- 17. トルクは回転数依存性ある
- 18. 設計方針 ✤ トルクを回転数方向に積分した 値を最大化するように設計パラ メタを選んだ。 ✤ パラメタは、管の長さ、太さ、 トポロジ、消音コンセプト ✤ 具体的には４−２−１集合、管 を細長くした。