電気自動車の設計は
どこがユニークか

[2008年08月号]

3次元CADと解析シミュレーションソフトウエアが空気力学、パッケージング、動力系の各分野で電気自動車の設計を支援する

By Beth Stackpole　設計ツール担当コントリビューティング・エディター

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Tesla Motors社のロードスターの空力特性は、CFDツールを使って最適化された
提供：Tesla Motors社

　スポーツカーであれSUVであれ、自動車の設計には、一般的にさまざまな工学的課題がともなう。ターゲットの顧客層に受け入れられるデザインを取り入れ、複雑な問題を解決して性能を最適化するためには、山積みする課題を克服しなければならない。内燃エンジンの代わりに電動機を搭載するとなると、困難さはさらに増す。設計チームは、さまざまな従来の設計目標に加えて、空気力学、パッケージング、動力系統などの分野の新たな課題に取り組まなければならない。

　電気自動車の設計が通常よりも困難な理由の1つは、製品のカテゴリ自体がまだ比較的新しく、バッテリーやパワートレイン、モーターなどの主要なコンポーネントの多くが発展途上であることが挙げられる。米General Motors社（ゼネラル・モーターズ：GM）のプラグイン・ハイブリッドのコンセプトカー「Chevy Volt（シェビー・ボルト）」（http://rbi.ims.ca/5709-553）の開発チームでチーフエンジニアを務めるAndrew Farah氏は、「電気自動車の設計で最大の問題は、利用できるコンポーネントの成熟レベルだ」と言う。「特徴的なのは、バッテリーやモーターなどの生産量が十分でないため、車両の外装や内装の外観を望ましい状態に保ちながら、すべてをパッケージングして車体に物理的に統合化するのが難しいということだ」

　GMなどの大手メーカーや小規模な電気自動車メーカーでは、これらの問題を解決するため、従来型の自動車の開発プロジェクトの場合と同様に、CADやシミュレーションソフトウエアなどの3次元技術を積極的に活用している。3次元CADは、車両全体の完全なデジタルモックアップを構築することができるため、メーカーは、手直しするのに大変費用のかかる実際の試作車を製作するよりずっと前の段階で、構成部品を改造したり配置を変更したりして、パッケージングを最適化できる。有限要素解析（FEA）や数値流体力学（CFD）などのCAEソフトウエアは、車両の空力特性を最適化したり、構造解析によって重量や材料を最適化したりするのに役立つ。

空力特性への配慮

　特に空力特性は、従来型のガソリン自動車の場合よりも電気自動車の設計において、より重要度が高い。電気自動車は車両に搭載したバッテリーによって動力を発生させるため、馬力を上げる（バッテリーの数を増やす）と重量が増え、航続距離や最高速度が低下するというジレンマがつきまとう。

　仏Dassault Systemes社（ダッソー・システムズ）で自動車ビジネス担当のバイスプレジデントを務めるPeter Schmitt氏は、「電気自動車の運転持続時間とか走行距離の問題は、ガソリン車の燃費の問題よりもずっと重大だ」と言う。「このことは、現在、電気自動車の普及を妨げる最大の要因となっている。バッテリーの技術は、まだ人々の信頼を獲得していない」

　CAE解析はこれらの車両の構造解析でも重要な役割を果たし、コンポーネントのサイズと重量を最小化しながら、車両の完成度を損なわない設計をするのに役立てられている。これは、非常に重要である。というのも、電気自動車の多くは、何百あるいは何千ポンドもの重さに達するバッテリーを積んで走らなければならないからである。

　CAE/CADソフトウエアのメーカーである米Siemens PLM Software社で世界の自動車産業向けマーケティングを担当するシニア・ディレクターのDave Taylor氏は、「重量は効率の敵だ」と言う。「ガソリン車の場合、リッター当たりの走行距離を伸ばすために開発努力が行われる。バッテリーで動く電気自動車の場合は、1回の充電で走れる距離を伸ばす必要があり、そのために１グラムでも多く重量を減らさなければならない」

　Design Newsでは、主要な電気自動車プロジェクトのいくつかを取材し、これらの課題をどのように克服しているのかについて直接話を聞いた。以下にその内容を報告する。