（様式第 20）成果報告書

平成 27 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 AM ラジオ帯における自動車ワイヤーハーネスの電磁界解析
英文：Electromagnetic field simulation of a vehicle wire harness in the AM radio band佐藤 孝
Takashi Sato

戸澤 則広
Norihiro Tozawa

矢崎総業株式会社
YAZAKI CORPORATION
https://www．yazaki-group．com/
近年，自動車は電子化が進み放射ノイズが他の電子機器や通信に誤作動を及ぼすことが問題となっている．現状，AM ラジオ帯における自動車に配索されたワイヤーハーネスの電磁界解析は，解析時間短縮のため，構造を簡易化したモデルで行っており十分な精度を得られていない．TSUBAME2．5 により，ワイヤーハーネスを高精度で形状再現したモデルを搭載した自動車モデルの必要メッシュ数と AM ラジオ帯の解析にかかる解析時間の検証し，電磁界解析により，効率的に放射ノイズに対するワイヤーハーネス配索の検討が行えることを示した．
Radiation noise has the influence on a malfunction in electric devices and their communications dueto the latest growing number of electric devices in vehicle. In order to reduce the simulation time, weconduct an electromagnetic field simulation in AM radio band for a simple-structure-model of vehicle
with wire harnesses routing and have not received an adequate and precise simulation result. By
using TSUBAME2.5, we are able to verify the number of meshes required for a model of vehicle withhigh-precision-reproduced wire harnesses and also the simulation time required for AM radio band.
The electromagnetic field simulation allows us to effectively study the wire harness-routing against
radiation noise.

Keywords: TSUBAME，自動車ワイヤーハーネス，電磁界解析，CST STUDIO SUITE，放射ノイズ

背景と目的解析するという２段階で行っている．その際，自動車に近年，自動車は電子化が進み，マイコンが多数搭載配索されたワイヤーハーネスの AM ラジオ帯におけるされてきている．また，従来のガソリンエンジンからハイ電磁界解析は，解析時間短縮のため，自動車ボディのブリッドや電気自動車，燃料電池車に移行してきている

曲面，ワイヤーハーネス経路の曲線部を減らす構造のため，大電流（数百Ａ）が流れるようになってきた．その簡易化を行い，メッシュ数を 1，000 万程度に落としていため，大電流による放射ノイズが，他の電子機器や通る．このため，十分な精度の電磁界解析が行えていな

信に誤作動を及ぼすことが問題となっている．その最

い．簡易化せずにワイヤーハーネスを高精度で形状再終確認は試作車にて実車評価を行うため，対策が行い現したモデルで解析する場合，1 台のワークステーショ易いワイヤーハーネスにてノイズ対策を行う事が多い．

ンでは数週間単位の計算時間が必要と想定される．

この場合，トライ＆エラーでの対応となっているため，

本課題では，TSUBAME2．5 により，メッシュ数を段事前にノイズ特性が分かる事が望まれている．現状，階的に増加させ，メッシュエラーなく解析できる必要十

実車評価前に性能確認する手法として，次の手順にて分なメッシュ数と計算量の検証を行ない，電磁界解析シミュレーションしている．

により，試作前に放射ノイズに対するワイヤーハーネス

自動車ワイヤーハーネスはツイスト線，シールド線を配索の検討が行えることを確認した．

含む数十本の電線が束ねられており，3D モデル化することが難しいため，束電線を一旦，簡易モデル化する．

概要

次に，この束電線の簡易モデルを用い，ワイヤーハー

本課題では，「平成 27 年度 先端研究基盤共用・プネスをノイズ源とする自動車内の放射ノイズを電磁界ラットフォーム形成事業『みんなのスパコン』

（様式 20）成果報告書
TSUBAME による日本再生」の産業利用トライアルユ

結果および考察ースを利用して，TSUBAME2．5 上の CST STUDIO

１．必要メッシュ数の検証

SUITE ソフトウェアを用い，自動車ワイヤーハーネス

ガラスアンテナ搭載モデルのメッシュ数を段階的に増の電磁界解析を行った． TSUBAME2．5 上では，加させたときのメッシュエラー数とメッシュの関係を図３

MW STUDIO のみで電磁界解析を行い，自動車ワイに示す．メッシュ数 1，000 万では，メッシュエラー数が 1，ヤーハーネスのモデル化は，別途 CABLE STUDIO000 を超えていたが，メッシュ数約 9，000 万でメッシュエを用いて行った．

ラー数が 0 となったため，必要メッシュ数は約 9，000 万

CABLE STUDIO と MW STUDIO の連成シミュレとした．9000 万メッシュで解析することで，従来行ってきーションは MPI に対応していない． MPI が可能なた 1000 万メッシュのモデルに比べ，より詳細なワイヤーMW STUDIO 単体の解析モデルとするため，CABLEハーネス経路のモデル（図４）を解析することが可能と

STUDIO により得られた電流分布を，ノイズ源としてなり，表面電界分布（図５）に変化が見られた．

MW STUDIO にインポートした図１のモデルを用いた．

同様に，ロッドアンテナ搭載モデル，ヘリカルアンテ

本課題では，図２に示すガラスアンテナ，ロッドアンテナ，ナ搭載モデルに関しても検証を行い，必要メッシュ数は，ヘリカルアンテナの３つのアンテナモデルを図１のモデ表１の結果となった．

ルに搭載し，それぞれメッシュ数を段階的に増加させて，メッシュエラーなく解析できる必要十分なメッシュ数と計算量を検証した．

図３ ガラスアンテナ搭載モデルにおけるメッシュエラー数とメッシュ数の関係

図１ 電流分布をノイズ源とした解析モデル(a)1000 万メッシュ(a) ガラスアンテナおよび熱線デフォッガモデル(b)9000 万メッシュ
図４ ワイヤーハーネスの経路モデル（青線がワイヤー(b) ロッドアンテナモデル(c)ヘリカルアンテナモデル

図２ アンテナモデル

ハーネス経路）（様式 20）成果報告書
θ=0°得られなくなったことから，必要 GPU 数の約 10 倍で並θ=0°列計算の効果が得られなくなる結果となった．
ヘリカルアンテナ搭載モデルにおける GPU 数は，メモリ上 6 台（2 ノード）必要となる．ガラスアンテナ搭載モ
θ=120°

デルと同様に，必要 GPU 数の 10 倍を超えると並列計

θ=120°算の効果が得られなくなっており，36 ノード（GPU 数108）でも 63H の解析時間を要し，AM ラジオ帯の解析は従来通りアンテナモデルを簡易化して解析時間短縮を
θ=60°

θ=60°

θ=180°

θ=180°(a)1000 万メッシュ図る必要があると判断した．

(b)9000 万メッシュ

図５ 表面電界分布

表１ 必要メッシュ数モデル
ガラスアンテナ搭載モデル
ロッドアンテナ搭載モデル
ヘリカルアンテナ搭載モデル

図６ 解析時間とノード数

必要メッシュ数
91,203,740
119,441,088
309,327,200

３．ワイヤーハーネス配索違いによる放射ノイズ解析
ガラスアンテナ搭載モデル，ロッドアンテナ搭載モデ
ルに対して，３つのワイヤーハーネス配索経路をそれ２．計算量の検証
表１で決定したメッシュ数のモデルに対して段階的にぞれモデル化し，ラジオアンテナへの誘導量を評価した．

TSUBAME2．5 のノード数を増加し，AM ラジオ帯の解析

図７に示すワイヤーハーネス配索からガラスアンテにかかる解析時間の検証を行った（図６）．ガラスアンテナ，ロッドアンテナへの誘導量より， AM 帯におけるアナ搭載モデルは 8 ノードで解析時間が 24H，ロッドアンンテナへの誘導量は配索 case3 が最も小さいことが確

テナ搭載モデルは 8 ノードで解析時間 35H であった．ヘ

認できた．

リカルアンテナの解析は 48H で解析完了しなかったた

図８に示す 1MHz における電界分布により，配索

め，24H 時点での解析時間ステップ数から解析時間を

case1，case2 は，自動車ボディ全体に電界が発生して予測した．

いるのに対して，配索 case3 では，自動車ボディの前方，MW STUDIO の解析において，メッシュ数 1000 万あたり 1GB のメモリを必要とする．TSUBAME2．5 搭載の GPU（NVIDIA Tesla K20X）は，搭載メモリ 6GBのため，ガラスアンテナ搭載モデル，ロッドアンテナ搭載モデルの解析に必要な GPU 数はメモリ上 2 台必要となる．ガラスアンテナ搭載モデル，ロッドアンテナ搭載モデル共に，8 ノード（GPU 数 24）で並列計算の効果が後方に電界が発生している．電界分布からも，配索case3 の優位性が確認できた．

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θ=0°

θ=30°

θ=60°

θ=90°

(c) 配索 case3(a) ガラスアンテナ搭載モデル

図８ 1MHz における電界分布まとめ，今後の課題
TSUBAME2．5 により，ワイヤーハーネスを高精度で形状再現したモデルを搭載した自動車モデルに，ガラスアンテナ，ロッドアンテナ，ヘリカルアンテナそれぞれを搭載したモデルの必要メッシュ数と AM ラジオ帯の解析にかかる解析時間の検証を行った．
(b) ロッドアンテナ搭載モデル

その結果、アンテナ搭載モデルは，メモリ上必要とさ図７ アンテナへの誘導量れる GPU 数の約 10 倍まで並列計算の効果が得られた．
ガラスアンテナ搭載モデル，ロッドアンテナ搭載モデ

θ=0°

θ=30°

ルに関しては，３つのワイヤーハーネス配索経路について解析し，ノイズ源の可視化やラジオアンテナへの誘導量を短時間かつ高精度で解析できる事が確認できた．

θ=60°

θ=90°

以上，TSUBAME2．5 により，ワイヤーハーネスを高精度に形状表現したモデルを解析し，放射ノイズの少ないワイヤーハーネス配索の検討を効率的に行うことができる事を確認した．

(a) 配索 case1
θ=0°

θ=30°

今後は本成果を生かして，新たなモデルに対しても解析技術の開発を進めていく予定である．

謝辞
本課題実行におきまして，CST STUDIO SUITE の
θ=60°

θ=90°

サポートを頂きました株式会社エーイーティーの皆様方，および TSUBAME2．5 のトレーニングやサポートを頂
きました東京工業大学学術国際情報センター共同利用推進室の皆様方に深く感謝いたします．

(b) 配索 case2