ソフトウェア

仮想ICE開発 - 耐久性とNVH

AVLシミュレーションソリューションの更新と改善

Software Release - Durability and NVH

AVL EXCITE™ Mの導入

AVL EXCITE™ Mのリリース2022 R2に伴い、パワートレイン解析向けの新世代マルチ車体ダイナミクスソフトウェアソリューションを導入します。 まず、AVL EXCITE™ Mはe-アクスルへの移行を開始します。新たに統合されたICモーターアセンブリにより、電動パワートレインユニットとICエンジンを搭載したハイブリッド構成の両方をシミュレーションできるようになり、また、改良された負荷および信号処理機能により、過渡運転状態をより正確にシミュレーションできるようになりました。 次に、AVL EXCITE™ Power Unitも移行します。これにより、ひとつのインターフェースから、あらゆるパワートレイン構成の構造力学、NVH、耐久性のモデリング、シミュレーション、評価が可能となります。

EXCITE Mは、ICエンジンアセンブリ要素を提供することで、内燃機関の一般的な構成のモデリングをサポートします。

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​​​​​​​図1:I4エンジンのICエンジンアセンブリ
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図2:クランクシャフトコンポーネントの調整

次の要素を指定できます。

  • ICエンジン構成(シリンダー数、その配置、複数の基準寸法、点火順序など)
  • モデルの忠実度(軸方向ベアリングの使用、ピストン/リニアガイドに使用される接続表現、特定コンポーネントの有効な自由度など)
  • 大域形状表現(ボア寸法やベアリング寸法など)とシリンダー圧負荷

上記の入力データに基づいて、基準となるICエンジンモデルが自動的に構築されます。このモデルのすべての部品(サブアセンブリで部分的に構成されるボディとジョイント)が構成されます。このベースモデルの自動セットアップが完了すると、特定の部品やコンポーネントを調整して、特定のモデリング要件や形状要件に適合させることができます。これは、例えば、クランクシャフト上のプーリーまたはフライホイールの正確な位置、あるいはシステムの部品を接続するために使用されるノード分布に関する詳細などが関連する可能性があります。

また、ICエンジンアセンブリは、接続ノードまたはノードセットを検索しやすいように、すべてのサブパーツ(リンクロケーションタイプと位置)を生成します。柔軟なボディのFEモデルでの縮小はコンポーネントモデラーでサポートされています。また、使用するジョイントすべてを、接続されているボディの対応ノードに簡単に適用できます。

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図3:クランクシャフトモデルのコンポーネントモデラービュー

既存の縮小ボディ表現を使用することもできます。この場合、FEモデルのノードとノードセットを、ICエンジンアセンブリで作成されたジョイントに明確に関連付けることができます。この手順は、GUIでの選択・検索機能によってサポートされています。

遷移状態動解析向けにシステムのモデリングをサポートするために、特殊なシリンダー圧負荷定義がICエンジンアセンブリとともに導入されました。

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図4:シリンダー圧の仕様
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図5:シリンダー圧付加割り当ての基準量

シリンダー圧は、エンジン回転数およびスロットル信号に依存する、クランク角に関係する圧力としてマップ内で指定できます。シリンダー圧は、不連続な数の動作点(エンジン回転数またはスロットル位置の組み合わせ)に対して指定されます。シリンダー圧負荷評価の基準量は、負荷プロパティで定義されます。センサー要素を使用して、シミュレーション中にこれらの量の実際の状態を決定できます。

  • 速度基準は、ユーザー定義の定数値に設定するか、センサー要素を使用して、ボディの角速度あるいは2つのボディ間の相対速度のいずれかを選択できます。
  • クランク角基準は、すべてのシリンダーに同一の基準モーションを使用することも、個々のシリンダーに異なるセンサーの基準モーションを選択することもできます。
  • スロットル要求は現在、ユーザー定義の定数値、テーブル対時間、または基準角で定義できます。

指定したシリンダー圧からモデルコンポーネントの適切な負荷力への適切な伝達は、負荷適用パネルで定義されます。荷重の割り当てには、次の2つの方法がサポートされています。

  • ノードへの負荷適用:ここで、負荷信号の種類(圧力、力、モーメント)を定義することができます。また、個々に接続されたノードに対する定義された負荷分布を指定する必要があります。標準的なモデリングの場合、必要な設定はすべて、指定されたICエンジンアセンブリデータに基づいて自動的に行われます。
  • あるいは、ボディのFEモデルで用意されている、負荷ケースベクトルを使用して、ボディの接続されたノードに負荷を分布することもできます。

単純な制御システム機能をモデル化する複数の新要素が提供されています。シリンダー圧力の適用(スロットル位置の変更など)や駆動システムでの切り替え動作の実行(クラッチの作動など)といったシステム挙動に影響を与え、制御することができます。

また、C言語をコンパイル済みの関数という形で統合できるため、基本的な制御機能(PI制御器など)を組み込むことができます。外部ツールとのコシミュレーションは不要になりました。

  • もう一つのイノベーションは信号と制御に関するものです。AVL EXCITE™ Mのグラフィカルフロントエンドで、以下の最初のコンポーネントセットが提供されるようになりました。Load ApplicatorおよびLoad Item Cylinder Pressure:指定された入力信号に基づいて、ボディノードでの負荷適用(圧力、フォース、モーメントなど)を容易にします。
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図6:信号を圧力、フォース、モーメントに変換する負荷アプリケーターコンポーネント
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図7:クランク角、速度、スロットル位置の信号入力を利用するシリンダー圧負荷マップ

弾塑性クラッチジョイント(EPCL)テーブルフォース/モーメントジョイント(FTAB):摩擦クラッチ、単純なシンクロナイザーユニット、かみ合いクラッチなどのスイッチング要素のモデル化・作動のため、既存のジョイント機能を拡張しました。この拡張機能には、クランプ力、剛性/減衰に関するジョイント特性が含まれます。これらは、入力信号によって設定・スケーリングできるようになりました。

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図8:フォース/モーメントジョイント(FTAB)のフォース/モーメントの適用とテーブルによるスケーリング
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図9:弾塑性摩擦クラッチ(EPCL):クロスレシオ信号に応じたクランプ力によるクラッチ作動
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図10:ボディノード間の相対的な並進/回転量測定用モーションセンサー

モーションセンサー:筐体やエンジンブロックに対する特定のノード位置でシャフト/クランクシャフトの回転速度を測定するのは手間がかかります。この新しいコンポーネントを利用すれば、2つのボディのノード間の相対的な並進運動と回転運動を感知・処理できます。また、3Dベクトル測定値をベクトルのノルムやスカラー射影などの単一の信号に変換する基本機能も搭載しています。