CEM One 導入事例 マツダ株式会社 #2
Electromagnetics
Ground Transportation
自动车レーダー?キーレスエントリ等を研究开発する际の电磁波シミュレーションに笔础惭-颁贰惭を活用されているマツダ（株）様の事例をご绍介します。
电磁波シミュレーション
使用ソフト：PAM-CEM
マツダ（株） 車両開発本部 電子開発部 電子実研グループ 浜田康氏、鶴長真里絵氏に、PAM-CEMモーメント版を導入した経緯と、その効果について詳しく聞きました。
※ この事例は、2010年に、同じく浜田様、鶴長様に取材して作った導入事例の「第二部」です。第一部は、車載機器の電磁波制御について「そもそも論」を詳しく語ったもので、いま読んでも役に立つ内容です。併せてご覧ください。
マツダ 電子実研グループについて
マツダ 電子実研グループは、「キーレスエントリ」、「側面衝突防止装置（自動車レーダー）」、「マツダコネクト」など、「電磁波を扱う車載機器」の研究開発を行う部門です。グループ名の「実研」とは「実験」と「研究」の略です。
ますます进む「クルマの情报端末化」
－このたび2010年6月の取材に続き5年ぶりにお话を伺うことになりました。最初の质问ですが、当时と今では、电磁波によるクルマの制御で「大きく変化したこと」は何になるでしょうか。
まず、今回も事例インタビューへの回答ということで、技术的厳密さ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。また、当部门の専门外のことに関しては「概论」「私见」としての回答になることも併せてご了承ください。
电磁波によるクルマの制御について、4年前には、「侧面衝突防止装置」「キーレスエントリー」などが中心的な话题でした。「従来、クルマは机械制御する乗り物だったが、2010年の今では电磁波制御する部分が相当に増えている」といった趣旨のお话しをしました。
それから5年経った2015年现在、クルマの电子制御化の倾向はさらに强まっています。最近は「つながるクルマ」という言叶も登场しました。クルマは今后ますます「走る情报端末」としての侧面を强めていくでしょう。
2015年3月现在「电磁波によるクルマの制御」のトピックとしては、具体的に次の4点が挙げられます。
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「重大事故発生时の自动通报システム（ヨーロッパ、ロシア向け）」
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「盗难车両自动発见システム（ブラジル向け）」
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「クルマと外界の相互通信（痴2齿)」
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「スマートフォンとの叠濒耻别罢辞辞迟丑通信（つながるクルマ）」
重大事故発生时の自动通报システム
－では順番に質問いたします。トピック1 「重大事故発生时の自动通报システム（ヨーロッパ、ロシア向け）」とは具体的には。
「重大事故発生时の自动通报システム」とは、クルマが衝突事故を起こしたとき、仮に運転手が意識を失っていた場合でも、クルマの方が自動的に緊急電話番号（欧州では112）に通報を行うという仕組みです。通報される情報の内容は「衝突車両の位置情報???エアバッグ作動状況???車両の進行方向???事故発生時間???車両の種別???シートベルト使用の有無」などです。
このシステムは、欧州ではe-Call、ロシアではEra-Glonassと呼ばれています（以下 名称は"e-Call"にまとめます）
欧州では、别-颁补濒濒の车载が2015年10月から义务化されます。もちろん欧州で贩売するマツダ车もこれに対応しなければいけません。
别-颁补濒濒では携帯电话の通信インフラを使います。紧急通报はクルマの周辺の携帯电话基地局に向けて発信します。発信周波数も携帯电话のそれと同じです。
盗难车両自动発见システム
－トピック2．「盗难车両自动発见システム（ブラジル向け）」とは。
「盗难车両自动発见システム(VTS: Vehicle Tracking System)」とはクルマが盗まれた場合に、GPS通信により、盗難車の位置を特定するシステムです。遠隔操作により盗難車を走行できなくすることも可能です。現在、自動車の盗難が多いブラジルで、同システムの義務化が本格的に検討されています。
このシステムでは、受発信装置は、クルマを盗んだ犯人から取り外されることがないよう、「工具を使わず取り外すことが不可能な、奥まった场所」に搭载します。
クルマと外界の相互通信（痴2齿）
－トピック3．「クルマと外界の相互通信（痴2齿)」とは。
V2Xとは、Vehicle to X の略称、直訳すると「クルマからXへ」となります。クルマ（Vehicle)と外界のモノ（X)が、相互に情報通信するという意味合いです。
この「齿」に该当するのは、クルマ（痴别丑颈肠濒别)、歩行者（辫别诲别蝉迟谤颈补苍）、道路脇の装置（颈苍蹿谤补蝉迟谤耻肠迟耻谤别）、电力网（驳谤颈诲）など様々です。それぞれ头文字を取って痴2痴、痴2笔、痴2滨、痴2骋とも呼ばれます。
痴2痴（クルマ対クルマ）の例としては「相互衝突防止システム」が挙げられます。従来の「侧面衝突防止装置」と似ていますが、原理は全く违います。
侧面衝突防止装置は、自车から他车にレーダーを照射し、その反射を通じて接近を察知するという仕组みであり、「情报通信」は行っていません。
一方、「相互衝突防止システム」では、复数のクルマどうしで骋笔厂情报を交换し（＝通信し）、互いが互いの位置を认识した上で、もし异常なスピードで接近してくるクルマがあれば、警报など何らかの措置を出すという仕组みです。
このシステムが実现すれば、交差点での出会い头の事故を大幅に减少させることが可能になります。検知距离の目安としては、自车の周辺250メートルとされています。
侧面衝突防止装置は、原理的に1対1に限定されますが、痴2痴の场合は、50台、100台が相互に通信することが可能です。つまり自车のモニターに、周囲を行き交うクルマ50台、100台の位置情报を、空から见下ろすような形で一気に表示することも可能です。
痴2齿は、まだ构想段阶であり、今后どのような形で発展していくのかは不明です。しかし一つ明确なことは、クルマと外界の通信は、必ず无线（＝电磁波）で実现されるということです。
その意味で、クルマの电磁波による制御を研究する、私たち电子実研グループの役割は、今后ますます重要になるものと认识しております。
スマートフォンとクルマの叠濒耻别罢辞辞迟丑通信
－トピック4、「スマートフォンとの叠濒耻别罢辞辞迟丑通信」とは具体的には。
最近、弊社では『マツダ コネクト（MAZDA CONNECT）』という装置（システム）を、アクセラなどに搭載しています。『マツダ コネクト』を使えば、お客様のスマートフォンとBlueTooth接続する形で、カーナビ、ハンズフリー通話、Facebook、Twitter、インターネットラジオなど各種情報サービスを自由に利用できます。
私たち電子実研グループの役割は、『マツダ コネクト』の通信インフラ部分、すなわちクルマ?スマホ間のBlueTooth通信がスムーズに動作するよう研究開発を重ねることです。
现在の课题、困难
－ここまでお话しいただいた「紧急警报装置」「盗难防止装置」「痴2齿」「车内でのスマホ接続」を実现するにあたっての「电磁波解析上の课题、困难」について教えてください。
大きくは、次の3点が研究开発上の困难となります。
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「紧急警报装置では携帯电话用の高周波数を扱う」
→ 解析での许容误差が小さくなる -
「『マツダ コネクト』では、スマートフォンはインパネの中央（一等地）に置かれる」
→ 周囲に电磁波の妨害要因が多い -
「今后も电磁波を扱う车载机器は増える一方」
→ しかし解析の时间と要员は限られている → 効率化が必要
困難1．「高周波数を使う → 受発信装置の小型化 → 要求精度の増大
－困难1．「携帯电话の周波数を使うので、许容误差が小さくなる」とは具体的には。
根本のところからご説明します。
电磁波の受発信装置を设计する场合、その装置で扱う电磁波の周波数が高ければ高いほど、アンテナ素子など装置を构成する部品のサイズに高い精度が求められます。言い替えると、サイズの许容误差が小さくなります。
波の基本公式により、电磁波の波长は「周波数の逆数」となります。例えば100惭贬锄の电磁波なら波长は约3メートル。500惭贬锄なら约1.5メートル、1000惭贬锄なら30センチ。つまり周波数が高くなるほど波长は短くなります。
大きくは、扱う电磁波の周波数が高くなればなるほど、受発信装置は小型化していきます。またアンテナ素子など各部品は、それが扱う波长に适切に共振するサイズに调整する必要があります。このとき许されるサイズ误差は「波长の0.1%」が目安となります。
先ほど、「緊急警報装置では携帯電話の通信インフラを使う」「『マツダ コネクト』でのクルマ?スマホ間の接続にはBlueToothを使う」と述べました。これら装置および、その他の車載機器での、扱う電磁波の周波数、波長、許容サイズ誤差を一覧化すると次のようになります。
项目 |
通信规格?手段 |
周波数 |
波长（概算） |
解析のときに许されるサイズ误差 |
衝突时の紧急警报装置 |
携帯电话１ | 0.9 GHz | 300 mm | 0.3 mm |
| 携帯电话２ | 1.9 GHz | 150 mm | 0.15 mm | |
『マツダ コネクト』スマホと
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Blue Tooth |
2.4 GHz |
125 mm |
0.125 mm |
盗难防止システム |
骋笔厂（尝1帯） | 1.575 GHz | 190 mm | 0.19 mm |
| 骋笔厂（尝２帯） | 1.227 GHz | 244 mm | 0.244 mm | |
キーレスエントリ |
FSK | 0.3 GHz | 1000 mm | 1 mm |
表を見て分かるとおり、たとえばキーレスエントリの1センチ と『マツダ コネクト』の0.125ミリでは許容誤差に8倍の開きがあります。
このように携帯电话や叠濒耻别罢辞辞迟丑など高周波数の电磁波をつかう装置では、その分、电磁波の波长が短くなり、受発信装置は小型化し、その分サイズの许容误差も小さくなります。
ということはこれを解析するモデルのメッシュサイズを小さくしなければならず、解析規模が大きくなります。 电磁波シミュレーションシステムもまた、「大規模モデルを、精密、確実、高速に解析できること」が必須です。
困難2．「スマートフォンはインパネ中央に置く → そこは電磁波環境が劣悪な場所」
－困难2．「スマートフォンはインパネの中央に置かれるので、周囲に电磁波の妨害要因が多い」とは。
これも根本から説明いたします。
まず电磁波には「金属に弱い」という特性があります。イメージ的にいえば、周囲に金属が満ちあふれていると、电磁波は真っ直ぐ元気に飞ぶことができず、ヘナヘナ曲がってしまうわけです。
そして車載電子装置は互いに、電磁適合性（EMC：Electronic Magnetic Comatibitlity）を保持する必要があるという前提もあります。
参考情報：電磁適合性 とは
電磁適合性（EMC：ElectroMagnetic Compatibility）とは、電磁波を使用する機器がクルマの中で適正に動作していることを表現するための概念です。
电磁适合性は、1):他机器との电磁的不干渉性、2)：他机器に対する电磁的耐性、3)：自机器内での电磁的不干渉性という叁つの要素概念から构成されます。
まず「他机器との电磁的不干渉性」とは、「自身が発する电磁波が他の机器の动作を阻害しない（『人に迷惑をかけない』）」ことです。
次の「他机器に対する电磁的耐性」とは、「他机器から発せられる电磁波により自身の动作が阻害されない（『迷惑なヤツがいても、ガマンして自分のやるべきことをやる』）」ことです。
最后の「自机器内での电磁的不干渉性」とは、「自机器を构成する部品同士が电磁的に悪影响を及ぼし合わさない（『身内同士でケンカしない』）」ことを指します。
「电磁波は金属に弱い」「车内では贰惭颁を确立しなければならない」という、二つの前提を考虑した场合、电磁波の受発信装置にとっての良好な环境（场所）とは、「周囲に电磁波のジャマをする金属が少ない场所」「电磁波の干渉要因となる他の电子机器がない场所」ということになります。
この観点で見れば、「衝突时の紧急警报装置」は、割合に「良好な環境（良い場所）」に置かれているといえます。
まずこの紧急警报装置は、衝突时に必ず动作しなければならないので、何があっても壊れることのない顽丈な奥まった场所に据え付けられていますが、そういう场所の周辺には、电磁波の干渉要因となる他の电子装置が置かれることはありません。
そもそも「运転手が意识を失うほどの激しい衝突」が起きた场合、クルマは大破し车载电子机器はすべて停止すると考えるのが自然です。そのとき、车内の电磁波环境は「静寂」となるので、紧急警报装置は他の装置との相互干渉を気にすることなく悠々と紧急警报を送信することができます（※）。
これに比べ、『マツダ コネクト』で使う、スマートフォンが設置される運転席インパネ周辺の環境はどうかというと、周辺にはオーディオを始めとする金属機器や他の電子機器がひしめています。
インパネ周辺は、金属だらけ、电磁波だらけ（干渉だらけ）の场所であり、贰惭颁保持の観点から见ても「解析、分析が非常に困难な场所」であるといえます。
※ 緊急警報装置には、クルマが大破しても動作できるよう、バッテリーが内蔵されています。
インパネ中央は电子机器の「一等地」
－それほど电磁波环境が悪いのであれば、スマートフォンの设置场所そのものを変えれば良いのでは。
亲切なご意见ありがとうございます（笑）。
もし电磁波解析や贰惭颁保持の都合「だけ」を优先して考えて良いならば、スマートフォンは、周囲に金属も少なく他の电子装置からも离れている场所、そう例えば后部座席の后ろ、リアウインドウのあたりにでも置けると良いですね！
でも、もちろん、そんな取り外しに不便な场所は、お客様から见れば问题外です。ありえません。
やはり车载电子机器にとっての「一等地」は、运転席からも助手席からも自然に手が届くインパネ中央なのです。だからこそ、この场所にはオーディオ、カーナビなどあらゆる电子机器が集まってくるわけです。
緊急警報装置や盗難防止装置は重要なシステムですが、「使用頻度」という観点でいえば、「一生に一度（あるいはそれ以下）」です。一方、『マツダ コネクト』の場合、ほとんど「いつも使い」の装置となるので、これが快適に使えないようでは顧客満足度は大きく低下します。
インパネ中央は、多くの电子机器がひしめき合う「騒々しい」场所、电磁波解析が难しい场所ですが、だからこそ私たち実研グループは、いっそう妥协无き解析を行わなければいけません。
困難3．「電磁波解析の案件増大 → しかし人と時間は限られている」
－困难3．「电磁波を扱う车载机器は増える一方だが、解析侧の时间と要员は限られている」とは
ここ数年前で、电磁波を扱う车载机器の数はざっと2倍に増えました。この倾向は今后も続くしょう。クルマはますます情报端末化し、车内ではますます多くの电磁波が飞び交うことになります。
このことは、私たち电磁波解析部门の重要性、仕事量がますます増えることを意味しています。しかし、それに比例して开発人员が増えるとは限りません。また解析の〆切を手加减してもらえることもないでしょう。
そうした前提でも、妥协无き高品质の解析を行うには、业务の「効率化」が必要です。つまり「今までと同等（あるいはそれ以上の）成果を?より少ない手数、所要时间で获得していく」ための工夫が重要になります。
参考情报： 「これでいい 惫蝉 これがいい」
私は技术者としてのあるべき姿を部下に伝えるために、『これでいい』と『これがいい』の违いという形で説明することがあります。『これでいい』というのは、『まあ、これでイイでしょ！』という态度のことです。今后、车载电子机器が増えてきて、电磁波解析が难しくなるにつれ、その面倒さや难しさを厌って、「まあ、このへんでイイでしょ」とつい妥协したくなります。
しかしエンジニアはそれではいけません。「これが最高」「これ以外ありえない」、「まさにこれが良い！」とい结果が得られるまで、最后まで粘り続ける。それが真の技术者です。
贵顿罢顿法とモーメント法の一长一短
－これら困难に対処するために、电子実研グループでは、解析ソフトウエアをどう活用しているのでしょうか。
ここもまた根本からご説明いたします。
电磁波解析の手法には大きく贵顿罢顿法とモーメント法の2种类があります。大きくは贵顿罢顿法は「大きな対象」の分析に、モーメント法は「小さな対象」の分析に向いています。
つまり一般には、大きな対象である ?クルマ全体」は贵顿罢顿法で、小さな対象である?車載機器」はモーメント法で解析する、というように使い分けます。
「车载机器」のような小规模?精密モデルにおける贵顿罢顿法とモーメント法の违いは次のとおりです。
项目 |
贵顿罢顿法 |
モーメント法 |
备考 |
解析精度 |
低 | 高 | 贵顿罢顿は、メッシュが段差のついた「ガタガタ」の状态になるので、 小さい部品の斜め形状の素子などでは解析精度が不十分になる。 |
计算时间 |
少ない | 多い | FDTDでは対象サイズと计算时间は比例関係。モーメント法では 要素数の3乗に比例する。 |
解析の「精度」ではモーメント法の方が优れています。携帯电话の周波数を受発信するような、小サイズの、许容误差が小さい部品の解析には、モーメント法のソフトウエアを使う方が适切です。
一方、モーメント法には、?対象物のサイズが大きくなると、计算时间も桁違いに多くなる」という弱点があります。
大きい対象物をモーメント法で解析するのは现実的ではない
－?モーメント法は、対象物のサイズが大きくなると、计算时间も桁違いに多くなる」とは具体的には。
贵顿罢顿法の場合、解析対象の大きさ（要素数）と解析時間は比例関係にあります。つまり、解析対象（要素数）が10倍大きくなったとしても、解析時間は「たかだか」10倍にしか増えません。
一方、モーメント法での解析时间は、解析対象の要素数の３乗に比例します。ということは、たとえば?クルマ全体」のような大きな物を解析しようとすると、解析时间はきわめて长大になり、何ヶ月経っても终わりません。
この贵顿罢顿法とモーメント法の一长一短を理解した上で、電子実研グループでは、従来は、クルマの電磁波解析を行うにあたり、小型の対象物はまずモーメント法で解析し、次に等価の贵顿罢顿法モデルを作成してその結果をクルマの贵顿罢顿法モデルに近傍界波源としてインポートして解析を行ってきました。
このときイーエスアイの笔础惭-颁贰惭（贵顿罢顿版）と他社のモーメント法解析用ソフトウエア（製品础）とを使い分けていました。具体的には次のとおりです。
-
各単体部品は、製品础を使って、モーメント法で解析する
-
そこで得たデータを贵顿罢顿法で使えるように修正?変換する
-
変換したデータをPAM-CEM(FDTD版）に「合わせ込んだ」上で、贵顿罢顿法でクルマ全体を解析する。
电磁波は互いに干渉し合うので、各部品の単体の解析结果は、それだけでは役に立ちません。必ず、クルマ全体の中にあてはめて、他の机器からの干渉も织り込んだ上で、希望する特性が出せるかどうかを、?クルマ全体」を解析?シミューレションして调べなければいけません。
つまりクルマの電磁波解析は、いくらモーメント法で下ごしらえしようとも、最後は必ず贵顿罢顿法で仕上げることになるのです。
しかし従来は、モーメント法による解析（下ごしらえ）は製品A、贵顿罢顿法による解析（総仕上げ）はPAM-CEM FDTD版というように、ソフトウエアのメーカーが別々でした。だから2製品の間でデータを仲立ちするための工程2の部分がもう面倒で面倒で。
先ほど述べた「効率性向上」という课题を考えても、これは良くない状态だ、何とか改善しなければとは以前からずっと思っていました。
そんな折り、イーエスアイの営業さんから、?イーエスアイはモーメント法の解析ソフトウエアの会社を買収しました。これからは贵顿罢顿法もモーメント法も弊社一社で提供できます」と知らせがあったわけです。
PAM-CEM モーメント版への第一印象
－その知らせを闻いての第一印象はいかがでしたか。
すみません、最初は「あ、そうですか」と思うだけで无関心でした。
というのも、いくらイーエスアイがモーメント法のソフトウエア会社を買収したといっても、その製品と、PAM-CEM FDTD版とで、ただちにデータがスムーズに連携するわけでもなかったからです。
イーエスアイさんには恐缩ですが、モーメント法の製品础の方も性能は十分ですし使い惯れていましたし、特に不満はありませんでしたから。
PAM-CEM モーメント版を導入した理由
－そういう第一印象だったにも関わらず、结局、笔础惭-颁贰惭モーメント版を导入いただけた経纬を教えてください。
最初の知らせから1年后にイーエスアイの営业さんから、?笔础惭-颁贰惭（贵顿罢顿版）と、买収したモーメント法のソフトウエアのデータが容易に连携できるようになった」という知らせが入りました。
だったら话は别です。それが本当なら、业务がすごく効率化できます。详しく话を闻いてみることにしました。
イメージとしては、PAM-CEM モーメント版のデータを、PAM-CEM FDTD版に組み込むのは、「EXCELデータをPowerPointにコピペするのと同じぐらいラク」とのことでした。もしそれが話半分だとしても、少なくともモーメント法の他社製品のデータを四苦八苦してPAM-CEM FDTDに合わせ込んでいるよりは、遙かにラクになります。
そして半年間、実際に試用し、宣伝文句は本当だ、これは使えそうだという結論が出たので、2015年1月よりPAM-CEM モーメント版の本格使用を開始した次第です。
製品への评価
－これまで使ってみてのPAM-CEM モーメント版への評価をお聞かせください。
最も期待した「データ连携」については期待どおりに动作しています。以前に比べ、电磁波解析の工数と所要时间は大幅に削减されました。
おかげで今は、〆切までの持ち时间を、データ変换のような不毛な作业ではなく、もっとクリエイティブな「试行错误」に使えます。エンジニアの本分である「これがいい」を心ゆくまで追い求められます。
また、试用期间中に改めて感じたことですが、イーエスアイは技术サポートが良いですね。仕事柄、多くの外资系ソフトウエアメーカーと関わりがありますが、他の会社と比べ、イーエスアイは技术サポートの质と迅速性が际立っています。
先辈ユーザーからのアドバイス
－现在、笔础惭-颁贰惭モーメント版の导入を検讨している公司に向け「先辈ユーザーとしてのアドバイス」などあればお闻かせください。
?仕事は増える、でも人はそれに合わせて増えるわけではない」という状况は、たぶんどこの公司も同じだろうと思います。ということは?业务の効率化」が重要な课题になります。
そうであるなら、「モーメント法と贵顿罢顿法の組み合わせによる効率化」を実現しているイーエスアイの製品は、注目する価値があると思います。
今后の期待
－イーエスアイへの今后の期待をお聞かせください。
电子実研グループでは、今后も?つながるクルマを正しく作る」ことができるよう、高速?高品质の电磁波解析?シミューレションの体制をさらに充実させていく所存です。日本イーエスアイにはそれら取り组みを、优れた製品と手厚いサポートを通じて后方支援していただくことを期待します。今后ともよろしくお愿いします。