VPS 导入事例 株式会社本田技術研究所
Virtual Performance
Ground Transportation
株式会社本田技术研究所様の事例をご绍介します。
衝撃?衝突シミュレーション
使用ソフト：VPS
本田技術研究所 四輪R&Dセンター 第11技術開発室 髙山光弘 氏、下平貴政氏、谷内正芳 氏、有吉信人 氏に、四輪車の水撃シミュレーションなど悪路対策について詳しく聞きました。
本田技研工业について
本田技研工业は、日本を代表する自动车、オートバイ会社の一つです。年商8兆9,000亿円、社员数205,000名（いずれも连结）、创立1948年。
本田技术研究所について
本田技術研究所は、ホンダグループのR&Dを行う会社です。ホンダグループでは、創設者 本田宗一郎氏の意志により、R&Dを行う『本田技術研究所』と製造?販売?マーケティングを行う『本田技研工業』が別会社となっています。R&D側の『本田技術研究所』は、製造側の『本田技研工業』に「設計図」を販売して企業収益を上げています。なお本事例では『本田技術研究所』と『本田技研工業』を特に区別せず、「ホンダ」という名称で総称いたします。
&苍产蝉辫;悪路と水たまりに取り组む
－本日は「悪路対策のためのクルマの走行シミュレーション」について総合的にお闻きしたいと思います。
分かりました。なお事例インタビューへの回答ということで、技术的厳密性よりも「わかりやすさ」を优先して话すことをご了承ください。
－最初の质问です。最近はどんな悪路対策に取り组んでいるのでしょうか。
大きくは、次の2点に取り组んでいます。
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【 路上の固形障害物（いわゆる悪路）への対応 】
クルマが、路上の穴、沟、凸状物体など障害物に遭遇したときの车体への影响の解析 -
【 水たまりへの対応 】
クルマが水たまりの上を走るとき生じる「水撃」の解析
&苍产蝉辫;世界各国の道路に対応が必要
－最近の取り組み1．「 路上の固形障害物（いわゆる悪路）への対応 」とは具体的には。
ホンダのクルマは、会社创设当初は日本市场のみを対象としていましたが、80年代からは北米、欧州へ、现在は中国、东南アジア、ロシア、ブラジルなど新兴国へと贩売対象市场を拡大しています。このことは、クルマの强度や耐久性を试験（シミュレーション）するとき、日本国内だけでなく、世界各国の道路での走行を想定しなければいけないことを意味します。
最近の解析対象の障害物としては「ポットホール」、「ディップ路」、「スピードブレーカー」などが挙げられます。
中国、ロシアに多い、「ポットホール」
－障害物1．「ポットホール」とは具体的には。
「ポットホール（甌穴、かめ穴）」とはもともとは河川の浸食地形を指す言叶です。岩のくぼみに砾（つぶて）が入りこみ、それが涡流により回転し続けることにより、次第に大きな縦穴に成长します。
道路でも同じような縦穴が生じることがあり、これも「ポットホール」と呼びます。道路の穴というと、ボコッと凹む「陥没」をイメージしがちですが、ポットホールは陥没ではなく、タイヤの衝撃でアスファルトがはがれる「剥离」により生じるものです。最初は小さかった穴が次第に大きく成长していく点も、河川の甌穴に似ています。
ポットホールは日本の道路でも生じていますが、小さいひび割れのうちに补修するので、それほど大きな「穴」には成长しません。一方、中国、ロシアなど新兴国の道路では、ひび割れが放置されてポットホールが生じ、それでも放置されてホールは大きくなりつづけるばかり…ということも珍しくありません（※）。
道路上にポットホールが多くある场合、それはいわゆる「ガタガタ道」であり、走行する车体に衝撃を与えます。最悪の场合、地面と车体がぶつかる「接地」も起こりえます。
※ 新興国だけでなく、アメリカの道路でも、大型トラックが多く走る道でポットホールが大量発生し、補修してもすぐまた穴が開くので、しかたなくそのままになっている、ということがあります。
ブラジルに多い、「ディップ路」
－障害物2．「ディップ路」とは？
ディップ路とは、平坦路に设けられている巨大なレインガーター（雨を流す沟）のことです。雨の多いブラジルなどでよく见られます。
この沟は道路を横切る形で掘られており、幅も深さもけっこう大きいので、うかつにスピードをだしたままそこに突っ込むと、ガタンとはまって、车体に激しい衝撃が加わります。最悪の场合は车体下部が接地します。
意外に衝撃が大きい、「スピードブレーカー」
－障害物3．「スピードブレーカー」とは？
郊外から市街地に入るとき、クルマのスピードを强制的に落とさせるために、道路上に幅1メーター高さ20センチほどの凸型隆起物が设けられていることがあります。
法定速度内での走行ならスピードブレーカーに乗り上げても安全ですし、そこに至る前に注意唤起の表示や标识もあります。しかしその表示を见落として、スピードを出しすぎたままスピードブレーカーに乗り上げると、思いのほかガツンと衝撃が来ます。スピードブレーカーは欧州で多く见られます。日本でも団地などに设置されていることがあります。
シミュレーションによる解析
－それら障害物への対策はどう行うのですか。
第11技术开発室では、「対策」に先立つ「调査」「解析」を行っています。车体にガツンと衝撃が来たとき、あるいは接地したとき、车体のどこにどんな力がどれぐらい大きく働くのかを调べます。
この调査、解析には「実车试験」「コンピュータシミュレーション」という2つの方法があります。実车试験の方が正确な调査ができますが、特に强度、耐久性の试験は、ある意味「クルマが壊れるまで」行う必要があるので、実车ではそうそう何度もできません。
そこでコスト、手间、実施可能回数の点で优れている「シミュレーション」を行います。具体的には日本イーエスアイの痴笔厂などソフトウエアを使って、コンピュータ内に构成した「仮想车体」を仮想障害物に衝突させることにより、车体のどこにどれだけの衝撃が発生するのかを解析します。
&苍产蝉辫;近年、重要性が増す、「水たまりへの対応」
－最近の取り组み2．「水たまりへの対応」とは。
短时间に大量の雨が降ると、直后に路上に巨大な水たまりが生じます。近年はいわゆるゲリラ豪雨が多発しており、水たまりの数も水量も増えています。
私たち开発チームは、クルマが水たまりの上を走って水をハネ上げたときに生じる「水撃」が、车体にどのような影响を与えるのかを解析しています。
&苍产蝉辫;「たかが水たまり」、と言えない理由
－水たまりの解析の重要性についてもう少し详しく教えてください。
水撃には予想以上に大きな破壊力があり、ハネ上げる水量が多く、しかし车体下部の强度が不十分であると、最悪の场合、车体下部の部品が脱落しかねないほどの强い衝撃が加わります。
开発実験段阶のことですが、「水撃により后部バンパーが脱落した」という事例もあります。また奥搁颁などラリー竞技でも、巨大な水たまりに不用意に飞び込んだせいで、一発で车体下部が破壊され走行不能になるという例は、决して珍しくありません。
「水撃の胁威」を、いくつかキーワードを使って解説すると、次のようになります。
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「车体下部には大きな力の水撃が打ちつけている」
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「蹿 = 尘补。深い水たまりに高速で突入すれば衝撃は大きくなる」
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「最近のクルマの车体下部は意外に柔らかい」
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「高速道路の路肩の水たまりが特に危ない」
実は巨大な、车体下部への水撃エネルギー
－キーワード1．「车体下部には大きな力の水撃が打ちつけている」とは具体的には。
こちらの写真をご覧ください。クルマが水たまりを走行し、両侧に3メートルの高さまで水しぶきが上がっています。水とはいえ、これだけ大量に高くハネ上がるとなると、そのエネルギー量は膨大です。
ところでこうした写真を见ると、私たちはつい「クルマが水に突っ込むと両侧2方向に水をハネる」と思ってしまいますが、それは间违いです。タイヤは左右に水をハネます。ということはタイヤ外侧だけでなく内侧、つまり车体下部侧にも水がハネます。
タイヤの水のハネ方は左右対称、均等です。つまり車体下部には、外側にハネているのと同量の水しぶきが打ち付けていることになります。ここまで大量、 高速の水しぶきが至近距離で当たれば、脆い構造物なら簡単に吹っ飛びます。車体下部では、まさにその事態が生じているのです。こう考えれば「たかが水たまり」「たかが水ハネ」と馬鹿にできないことがご理解いただけると思います。
基本公式による概観
－キーワード2．「蹿 = 尘补。深い水たまりに高速で突入すれば衝撃は大きくなる」とは具体的には。
ここでは概観をつかむために、基本的なことから考えることにします。力の基本公式 f = maに従えば、車体下部に加わる水撃力は、
「跳ね上げた水の質量 * 水の加速度」
となります。
この式が示しているのは、「『少ない水がゆっくりハネる场合』には大したことは起きない、しかし先の写真のように『大量の水が急激、急速にハネ上がる场合』には、力が掛け算で大きくなり异常事态が起きうる」ということです。
「ハネ上げる水の質量（f=ma のmの部分）」は、水たまりの水量が多いとき、つまり水たまりが深く広いとき、数値が大きくなります。また「水の加速度（f=ma のaの部分）」については、大きくは「クルマの水たまりへの突入スピード」が大きいほど、その値は大きくなります。
最近はゲリラ豪雨が频発し、深く大きな水たまりが频繁に生じています。そして私たちは「たかが水たまり」と考えて、高速道路などで不用意に水たまりに突っ込んでしまいます。また水たまりが浅いか深いかは外観では判别が困难です。これら悪条件により、最近は「车体下部への大きな水撃が発生しやすく」なっています。
最近のクルマは里が平坦
－キーワード3．「最近のクルマの车体下部は意外に柔らかい」とは。
実は最近のクルマの车体下部には、树脂製の平坦なカバーが张られていることがあります。车体下部が滑らかなカバーに覆われていれば、それだけ空気がスムーズに流れて空気抵抗が减り、燃费の向上につながるわけです。
しかしこのカバーは、いかんせん树脂製の柔らかいものです。カバーは车体にネジ留めや接着で取り付けられていますが、「一体化」はしていません。そこに繰り返し水撃が加わっていると、カバーは次第に伤んできて、最悪の场合「脱落」の危険にさらされます。この事态を防ぐためにも绵密な解析と、それに基づく强度対策が必要なのです。
ゲリラ豪雨直后の高速道路が危ない
－キーワード4．「高速道路の路肩の水たまりが特に危ない」とは。
水撃は、深い水たまりに高速突入すると大きくなり危険度が増します。その意味で「ゲリラ豪雨直后の高速道路」は危険です。
まず高速道路では、水はけを良くするために、道路が路肩に向けて低くなっています。この场合、ゲリラ豪雨の直后には路肩に大きく深い水たまりが発生します。しかも高速道路なのでクルマは高速で走っています。
水しぶきを上げて走りたいからという理由で、高速道路で路肩の水たまりに游び気分で突っ込むと、大きな水撃を受けて、思わぬトラブルにつながりかねません。豪雨直后の水たまりには决して突入してはいけません。
痴笔厂による水撃シミュレーションの详细
－次に、皆様による「痴笔厂を使った水撃シミュレーションの详细」についてお闻きしたいと思います。
痴笔厂による水撃シミュレーションについては、キーワードで述べると次のようになります。
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「衝突解析のノウハウを応用」
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「水たまりを『水粒の集まり』としてモデル化」
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「水粒の径は水はねの支配的因子の一つ」
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「スーパーコンピュータ『京』を活用することも」
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「スーパースロー再生による発见」
衝突领域の応用
－「衝突解析のノウハウを応用した」とは具体的には。
ソフトウエアを使ってクルマの走行をシミュレーションする场合、「线形领域」「非线形领域」「衝突领域」の3领域があります。クルマの「通常走行」は线形领域で、「軽い事故」は非线形领域で、「大きな事故」は衝突领域で解析します。解析负荷量は「线形?非线形?衝突」の顺に大きくなります。
ホンダでは以前からクルマの衝突シミュレーションに日本イーエスアイのVPSを使って「衝突領域」の解析を実施していました。衝突計算モデルは年代と共に大規模化し、2005年以降は乗員やエアバッグを搭載してモデル構築、ボディ及びシャーシも忠実にその形状?特性を再現したFEMモデル（Finite Element Method：有限要素法）で構築されています。こうした衝突領域の解析での技術の進歩を今回は水撃解析に応用することにしました。
水たまりを『水粒の集まり』としてモデル化
－「水たまりを『水粒の集まり』のように见なした」とは。
今回、水たまりをモデル化するにあたり、水の基本物性である「粘性」「表面张力」に着目するのではなく、水たまりを?粒子の集まり」として解釈するよう基本方针を定めました。
このモデルはSPH（Smoothed Particle Hydrodynamics）と呼んでいます。水を粒子モデル化して捕らえることの長所と短所は次のとおりです。
【长所】
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?流体を粒子で表现可能」
水撃は?粒子としての水」から生じます。水たまりを?一体化した流れ」ではなく、?个别の粒子の集まり」としてモデル化しました。このモデルは水のほかに、砂にも応用が可能です。 -
?空间メッシュ作成の必要がない」
水を粒子として表现することにより、空间メッシュを作成する工数が削减され、モデル化がシンプルになります。 -
?构造モデルとの连成が可能」
部材変形や圧力との同时评価が可能になります。
【短所】
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粘性や表面张力など水の基本的物性の表现が困难
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粒子径を小型化した场合、モデルサイズが増加する
厂笔贬は、流体力学の専门家からは水特性モデル化において课题があると指摘されていますが、粘性特性影响の小さい领域では十分に活用が可能であると期待されます。
水ハネ挙动では、水粒の径が支配因子
－「水粒の径は水はねの支配的因子の一つ」とは。
シミュレーションを繰り返すうち、水はね挙动においては、水粒の?径」が水はね挙动に対する支配的パラメータ（それを変えれば、结果が大きく変わる変数）の一つであることが分かりました。
大きくは水粒の径が小さければ小さいほど水が高くハネ上がります。これは水粒の径が、その水粒の表面张力に大きな影响を与えるためだと予测されます。
タイヤの沟が与える影响
－「タイヤのモデル化の重要性」とは。
水を直接ハネているのはクルマのタイヤです。精密な解析を実现するには、タイヤを精密にモデル化することが重要です（これをやらないと、シミュレーションではなく単なる颁骋になってしまいます）。
タイヤのモデル化で、すぐに思い浮かぶ因子は、?タイヤの沟のありなし（深い浅い）」です。ただし、こちらは沟ありタイヤと沟なしタイヤを相互比较した结果、水ハネ挙动への影响は軽微であることがわかりました。
スーパーコンピュータ『京』も活用
－「スーパーコンピュータ『京』も活用」とは
SPHモデルで解析を行う場合、計算時間に対し、特にインパクトが大きいのは粒子の径です。大きくは粒子径が小さければ小さいほど計算時間は大きくなり、径が10mm → 5mm → 2.5 mm と小さくなるにつれて、計算時間は5倍、30倍へとハネ上がります。
あまりにも计算量が多い场合は、スーパーコンピュータ「京」も活用して、シミュレーションを実施しています。
スーパースロー再生による発见
－「変形メカニズムが明确になった」とは。
実车试験に比べシミュレーションの方が优れている点として、「実车试験では変形前、変形后のビフォア?アフターしか目视できない、しかしシミュレーションなら変形の过程を『スーパースロー再生』できる」ということがあります。
たとえば鉄の车体に衝撃を与えて凹ませた场合の影响をスーパースロー再生すると、その変形プロセスは意外に弾性的であることが分かりました。
シミュレーションを通じて「结果」だけでなく「过程」が明らかになるため、どのタイミングでどの入力が入るかが明确になり、変形の「支配要因」が明确になったといえます。
今后の期待
－日本イーエスアイへの今后の期待をお聞かせください。
おかげさまで私たちの水撃シミュレーションの取り组みは、栃木研究所内で业务表彰されました。表彰に至った理由は、「『物レス开発』が推进されたこと」、「试作、开発期间の短缩に役立ったこと」、「运动、変形、流体の3要素を的确に解析できたこと」などです。
第11技术开発室では引き続き悪路と水撃をはじめとして、あらゆる路面入力?环境负荷を计算で扱えるよう研究を続けていく所存です。日本イーエスアイには、その取り组みを优れた製品とサポートを通じて后方支援していただくことを希望します。今后ともよろしくお愿いします。