ポスト「京」重点課題解説

自動車の開発とスパコン
日本のものづくりの代表ともいえる自動車産業。
自動車には走行性能だけでなく、安全性、快適性、デザイン性など、さまざまな性能が求められるため、開発には数多くの性能評価のステップが必要です。
スパコンの発達に伴い、その性能評価が少しずつ実験からシミュレーションへと置き換えられてきました。
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近未来型ものづくりを先導する革新的設計･製造プロセスの開発

車）に風をあて、自動車の表面の圧力や空量、運動量、エネルギーに関する式を立て気の流れ方を測ります。さまざまな条件下て解きます。格子を細かくしようとすれば、走行する自動車は空気から力を受け、そで精密な測定を行えますが、建設費も運転計算性能の高いコンピュータが必要になれが性能に大きく影響します。空力とは空費も高額で、実験は実際の走行状態とは異るため、空力シミュレーションは、スパコン気力学のことで、あるデザインの自動車をつなるという問題もあります。プロトタイプの発達に伴って進歩してきました。

くったとき、その自動車がどのような空気力車をテストコースで走らせる実走テストもを受けるかを解析するのが空力解析です。

行われますが、測定には大きな誤差が伴う空気が自動車の進行を妨げる「抵抗力」

上に、開発の最終段階でしか実施できないが小さければ燃費はよくなり、車体を持ちので、得られたデータをもとにデザインを上げようとする「揚力」が小さければ走行安大きく手直しすることは困難です。

空力シミュレーションとは？

これまでの自動車空力シミュレーション試みが始まったのは、1980年代初頭です。しかし、このころのセルの数は数千か定性がよくなりますが、燃費をよくするため

そこで、コンピュータの中に自動車のモら数万、解像度は30cm程度で、自動車の複に抵抗力を抑えようとすると、揚力が増加デルを置き、周囲の空気の運動方程式を解

雑な形状は再現できず、シミュレーションのして走行安定性が悪くなることがしばしばくことで、空気の流れのようすを知る「空力結果と実測値もあまり一致しませんでした。

起こります。このように、空気力が自動車シミュレーション」が研究されるようになり1980年代後半になると、ベクトル型スパの走行性能に与える影響は複雑なため、デました。空力シミュレーションなら、大がかコンが日米で次々に上市されました。ベクザインを少しずつ変えながら空力解析をりな設備も、クレイモデルやプロトタイプ車

トル型スパコンは、複数組のデータを1つ行って、デザイン性を損なわずに空力性能の作製も必要なく、安い費用で何回もテスの命令で処理できるベクトルプロセッサををよくする必要があります。

トすることができると期待されるからです。

擁するもので、高価でしたが、当時としては空気力の測定には風洞が使われます。

空力シミュレーションでは、車体の周囲計算性能が非常に高く（数百メガフロップ

巨大な送風機で自動車のクレイモデル（粘の空間を細かい格子で区切り、一つひとつス）、しかも流体計算に適していました。こ

土でつくった模型）やプロトタイプ車（試作のセル（要素格子）を出入りする空気の質の た め、90年 代 に 入ると、日本 の自動 車

自動車の開発とスパコンᖺ௦ࣇࣛࢵࢢࢩࢵࣉᶵࡢᛶ⬟㸦࢝ࢵࢥෆࡣ௦⾲ⓗ࡞ᶵ✀㸧ᖺ௦ᖺ௦࣓࢞ࣇࣟࢵࣉࢫ⣭㸦&UD\;03㸧⮬ື㌴࣓࣮࣮࢝ࡢࢫࣃࢥࣥࡢᛶ⬟ᖺ௦ᖺ௦ࢠ࢞ࣇࣟࢵࣉࢫ⣭㸦ᩘ್㢼Ὕ㸧ࢸࣛࣇࣟࢵࣉࢫ⣭㸦ᆅ⌫ࢩ࣑࣮ࣗࣞࢱ㸧࣌ࢱࣇࣟࢵࣉࢫ㸦ࠕிࠖ㸧࣓࢞ࣇࣟࢵࣉࢫ⣭ࢠ࢞ࣇࣟࢵࣉࢫ⣭ࢸࣛࣇࣟࢵࣉࢫ⣭✵㛫ゎീᗘFP

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日本の自動車メーカーで、メガフロップス級のスパコンを用いて行われたもの。約50万のセルを使い、車体周りの圧力や空気の流れを求めた。
（R. Himeno, etal. : Numerical Analysis of the Airﬂow around
Automobiles Using Multi-block Structured Grids,
SAE Technical Paper Series, 90319 (1990 ) より。
Reprinted with permission Copyright © 1990 SAE
International. Further distribution of this material is
not permitted without prior permission from SAE）

「京」を用い、車体の周りの空間を約23億 の 四 面 体セル に分 けて行わ れ たもの。細 か い 渦 がよく再 現されている。
（神戸大学坪倉誠教授提供）(c)2005年のシミュレーション
地球シミュレーターを用い、フォーミュラカーの周りの空間を約1億2000万の四面体セルに分けて行われたもの。高精度で時間変動を計 算し た。
（M. Tsubokura, et al.: Large Eddy
Simulation of Unsteady Flow Around a
Formula Car on Earth Simulator, SAE
Technical Paper Series, 2007-01-0106より。
神戸大学坪倉誠教授許諾 ）ドイツ の 大 学 で、車 体 周りの 空 間 を2次 元 で 約3000のセルに分け、当時の市販スパコンを用いて行われた。この図は速度ベクトルの計算結果。
（A. O. Demuren, et al.：Vehicle Aerodynamics,
International Symposium organized by
Volkswagenwerk AG (1982) より ）スパコンの進歩と空力シミュレーションの歴史
ものづくりの現場に、フラッグシップ機並みの性能をもつスパコンが導入されるのは、フラッ1000倍という驚異的なペースで向上しており、2020年代には、自動車メーカー各社が「京」並グシップ機の登場から10年ぐらい後になるといわれる。並列型スパコンの計算性能は10年でみのスパコンをもつようになると予想されている。

メーカーはこぞって導入し、ソフトウェアも得られ、また、空気の流れが時間で変動すす。高速蛇行運転や、横風に反応してドラ独自に開発しました。当時のセルの数はる場合の高精度なシミュレーションもはじイバーがハンドルを切ったときのシミュ数十万、シミュレーションの解像度は数cmめて実現されました。

レーションを行い、走行安定性や安全性を程度で、つるっとした形状のモデルの計算しかできませんでしたが、試行錯誤の中評価できることを確かめました。
自動車空力シミュレーションの現在と未来で、どういうシミュレーションをすれば設計に使えるのかという方向性を見いだすこと

しかし、1つのシミュレーションを行うのに計算だけで1週間程度かかるため、ポスト地球シミュレータは、日本が国家プロジェ「京」では、もっと計算スピードを上げ、実験クトとして開発した、この時代の最先端のスに匹敵する速度で解析が可能なリアルタイ

2000年代に入ると、並列型スパコンが登パコン（フラッグシップ機）でしたが、2010年

ムシミュレーション技術の確立をめざして場し、スパコンの計算性能はいっそう高くな代になると、自動車メーカーも10テラフロッいます。そのための切り札は、CUBEというりました。メモリーも飛躍的に増えて、よりプス級のスパコンを導入し、数百万から数千新たなソフトウェアの開発です。CUBEは階多くのセルを使えるようになった上に、空間万セルの非構造格子（解像度1mm程度）で層直交格子を用いるため、計算の前の格子を不規則な四面体に分ける「非構造格子」の空力シミュレーションを行うようになりまの作成にかかる時間を短縮でき、計算自体が採用されるようになり、実車の複雑な形した。日本の自動車メーカーは、4年程度でもやりやすくなります。さらに、CUBEなら、状を詳細に再現することが可能となりまし

新車を開発していますが、短期間で開発で空力シミュレーションと剛性強度、騒音、振た。ソフトウェアの専業メーカーも台頭し、きる背景には、このようなシミュレーション動などのシミュレーションを同時に行うこと自動車メーカーは風洞実験の一部を代替すで風洞実験を代替していることがあります。

も可能になります。

るものとして、空力シミュレーションを自動2011年に運用が開始された「京」
でも、フスパコンが進歩しても、それに合わせた車の開発ステップに組み込み始めました。

ラッグシップ機ならではの空力シミュレーソフトウェアを使わなければ、スパコンの性一方、2005年には、地球シミュレータをションが行われました。1つは、セル数を増能を十分に引き出すことができません。ポ

用いた空力シミュレーションも行われまし

やすことによる高精度化であり（図参照）、もスト「京」の運用に向けて、自動車づくりのたた。このシミュレーションでは、風洞実験とう1つは、自動車が実際に走行する環境を再めのシミュレーションソフトは着々と進歩しの誤差が数%という高い精度で空気力が現したリアルワールドのシミュレーションでています。

ができました。

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