（様式 20）成果報告書

平成 26 年度 TSUBAME 産業利用トライアルユース 成果報告書

利用課題名 大規模シミュレーションによるレーダの車両搭載時の特性把握
英文：Evaluation of electromagnetic characteristics of radar within car environment by large scalesimulation
利用課題責任者 井上 大輔
Daisuke Inoue所属 古河電気工業株式会社
Furukawa Electric Co., Ltd.
http://www.furukawa.co.jp/
邦文抄録（300 字程度）
TSUBAME を用い、準ミリ波レーダの自動車搭載を想定した大規模電磁界シミュレーションを行った。昨年度のトライアルに続き、さらなる規模拡大やモデル詳細化への対応として計算の効率化の妥当性確認と、実際の車両構造に即したモデル化スキームの開発と車両搭載を想定したシミュレーションを実施した。計算の効率化として CPU マルチ
コア駆動による TSUBAME の能力の十分な活用やメッシュの改善の効果が確認できた。また車両構造のモデル化
では新たに 3D スキャナを活用した大規模解析ルーチンの可能性や、より実物に近い解析を示すことができた。
英文抄録（100 words 程度）
The large-scale electromagnetic simulation which estimates the car installing situation of thequasi-millimeter wave band radar was performed using TSUBAME. Following the last year's trial, we
newly confirmed the validity of efficiency of calculation as correspondence to further scale expansion
and model detailing and developed the modeling scheme with the actual vehicle structure and thesimulation which assumed the car installing situation. We showed the enough utilization ofTSUBAME with driving CPU multi-core and the effect of the mesh improvement. Furthermore, weshowed the possibility of the large-scale analysis routine with 3D scanner newly and the more actual
analysis by modeling of the vehicle structure.
Keywords: ５つ程度

Electromagnetic, simulation, radar, bumper, 3D
背景と目的ることが現状の技術的な課題となっている。

交通事故死傷者数を減少させるための安全技術

従来は多大な工数の試作試験を実施することに開発や今後の段階的な自動運転へ技術開発が各国より、搭載時の特性の把握や改善検討を行ってきた。

で進められている。国内では、今後高齢ドライバーの一方、シミュレーションを用いた検証は、開発の加速増加する状況に対しても、予防安全技術の適用が望への期待は高いものの、準ミリ波波長で車体を解析まれる。現状、交通事故の約半数以上が交差点にする場合、その規模の大きさが課題であった。

おいて事故が発生しているとされており [1] 、周辺を昨年度の TSUBAME トライアルユースより、電磁見渡すことができるような広角なセンサは有用であ

界シミュレーションの実験結果との整合性の確認や、る。これまでにレーザレーダ、電波式レーダ、画像セGPU 活用による計算の高速化が確認できている。

ンサなど様々なセンサが商品化されてきているが、実際の車両規模を想定した大規模モデルであってもその中で電波式レーダは耐候性に優れているとされシミュレーションを開発ルーチンへの組み込むことがている。また、ミリ波に比べ、準ミリ波のレーダは一できる可能性を示せていた。

般的に安価であり、普及拡大が現在進んでいる。

しかしながら、上記はあくまで簡易モデルでの解

通常レーダはバンパー裏側、何らかの車体構造析にすぎない。今後、実際に即した解析構造におけ物上に配置される。しかしながら、レーダはこれら搭る解析のためのモデルの詳細化や解析領域の拡大

載状態によって電波特性に大きな影響をうけるとさ等に対応するため、新たなモデル化スキームの開発れている[2]。この状況でも十分な電波特性を保持すやシミュレーションの効率化検証が必要であると考（様式 20）成果報告書えられる。本プロジェクトでは、TSUBAME により大今回は新たに 3D スキャナの活用を導入し、実際の規模シミュレーションを実施し、これら準ミリ波レーダ

車両約 1.5m 程度の範囲の金属ボディ、バンパーその自動車搭載にかかる現実的な課題に対して、シミれぞれを 3D データとして記録し、メッシュ化やファイュレーションのさらなる有用性について示す。

ル形式の変換等を行った上で MW-studio のモデラ上へインポートを実現した。これらによりシミュレータ上でのモデル化だけでなく、実物にある程度即した

概要

CST 社製 MW-studio ver2013 また ver2014 によ構造の解析ができることが期待される。なお、図 2 にるシミュレーションを TSUBAME 上で実施した。モデおいて、半透明で示すものはバンパーである。

ルとしては準ミリ波 ISM バンド 24.15GHz で動作するレーダ単体を基本状態（＝①）とし、その前面にバンパーや車体をごく簡易に模擬したプラスチック板と金属板を装荷したモデル（＝②）、また実際の車両構造物を模擬すべく新たに 3D スキャナを活用し車両ボディ構造をデータ化したモデル（＝③）を試行した。
まず、TSUBAME 上 MW-studio のバージョンアップによる大規模解析の効率化について確認する。

バンパー

ver2013 においては MPI クラスタ時に限り、マトリクス計算(matrix cal)プロセス時に CPU がマルチコア

図 2 ③車両構造装荷駆動できずシングルコア駆動となる課題があった。
TSUBAME2.5 において CPU コア 12 ヶ（Thin ノー結果および考察

ド 2CPU × 6 コ ア ） が 本 来 駆 動 可 能 で あ る が 、図 3 に計算の効率化検討に関する結果を示す。

ver2014 からは MPI クラスタ時も同プロセスでマル

図 3(a)ではメッシュ数、図 3(b)では計算時間を各計チコア駆動が可能となった。さらに、ver2014 では従算条件において示す。②の曲面板装荷モデルにお来のメッシュ生成設定が変更されており、新たな設いて、各バージョン、各メッシュによる比較を行った。

定を利用することでメッシュ数の低減が可能とされてver2014 へのアップグレードにより、マトリクス計算プいる。上記 2 点で期待される計算効率化について②ロセスにおける CPU マルチコア駆動による高速化モデルにおいて確認を行う。

が確認できた。当モデルではトータル計算時間として約 3 割程度の高速化が可能となり、TSUBAME クラスタのポテンシャルを十分活用できるようになった。
一方メッシュ生成に関しては、従来のオブジェクトの構造特徴点全てをメッシュ起点としていた 設定

図 1 ①レーダ単体（=legacy）と、新たに導入されたオブジェクトのエッジに接する面をメッシュ起点とする設定（=new）の差異を確認した。結果、今回の設定においては CST 社推奨のとおり、メッシュ数低減が図れ、それに応じた解析時間の低減も実現することができた。
なお計算結果に関しては、バージョン違いによる

図 1 ②曲面板装荷

特性差異はなく、メッシュ設定違いによる特性差異はごく微小であったことは確認している（結果割愛）。

次に実際の車両構造の詳細化について検討行う。

また、ここでの解析はいずれも S キューでの実施、①

（様式 20）成果報告書においてのみ 6 ノード、②③は 24 ノードという条件でイアルにおける簡易板と同様の結果であるが、今回ある。

新たに実際の車両構造においても確認された。
なお、③モデルは 32 億メッシュであり、当方経験上過去最大メッシュ数となっている。②モデルと比較
すると若干の増加にとどまるが、前述のメッシュ数低減等計算効率化を図った上での数字であり、実質上昨年度の 1.5 倍程度の規模のモデルの計算を実現することができた。ここで③がメッシュ数規模に対して計算時間が長い結果となっているが、これはメッシュの各ノード振り分け時に偏りが発生したことと、
図 3(a) 各条件におけるメッシュ数GPU メモリを一部オーバし CPU 計算を行ったことが要因である。この状況の改善やさらなる規模拡大の可能性として、より多ノードの使用は試みたが、24 ノードより多いノードでの解析に課題があり、実施できていない。解析モデルによって一部ノードのメモリ使用量が異常増加する現象が原因であり、今後のソフトウェアバージョンアップ等での改善が望まれる。
また、3D スキャナを活用したモデル化に関しては具現化できたものの、レーダ、バンパー、ボディの相図 3(b) 各条件における計算時間対位置関係の合わせ込み等に課題も見られた。

次に実際の車両搭載を想定した結果を示す。図 4に図 1 ①②に加え、図 2 ③の車両構造装荷モデルのシミュレーション結果として、レーダ水平方向の放射特性を示す。この結果からは、①の基本状態から従来②簡易板モデルで発生した細かなリップルは③車両構造モデルにおいて見られないものの、一部角度にて大きな放射特性の落ち込みの発生が確認される。これらから、細かなリップルは簡易板が 2 次元的（上下方向で変化がない）形状となっており端部条件が揃うことで発生していた特殊なものであり、実際の車両構造では発生の程度が小さいことが想定さ

図 4 放射特性シミュレーションれる。一方で実際の車両搭載において、特定角度での大幅な利得劣化、検知性能劣化の存在は示唆さ車体側れるため、注意深い搭載条件調整が必要とされる。
さらに図 5 に図 2 ③におけるレーダ断面の電界分布を示す。図 5 からは、バンパーとボディの間の広範な領域に電磁界成分の広がりが確認できることか電波放射側ら、車両構造の影響をレーダ電波環境の設計の考慮にいれる必要性が考えられる。これは昨年度トラ

図 5 電界分布 車両構造モデル

（様式 20）成果報告書まとめ、今後の課題

TSUBAME を用い、準ミリ波レーダの自動車搭載を模擬した大規模電磁界シミュレーションを行った。
今回は新たにさらなる規模拡大への対応として計算の効率化の妥当性確認と、実際の車両構造に即したモデル化スキームの開発と車両搭載を想定したシミュレーションを実施することができた。これらから、より実物の車両状況に近い高度なシミュレーションの実現性を示すことができた。
なお、今回は大規模性として昨年度トライアルに比べ 1.5 倍オーダ規模 32 億メッシュの解析を実現できたが、さらなる大規模化実現には多ノードの安定活用が不可欠であろうと考えられる。また TSUBAME自体の今後のバージョンアップによるポテンシャルの伸長にも期待したい。
参考文献[1] 平成 24 年中の交通事故発生状況，警視庁[2] Adv. Radio Sci., 7, 61–65, 2009 79 GHz UWB
automotive short range radar – Spectrum
allocation and technology trends