マツダ社、Ansys Speosで光を見いだす

Ansys Advantage誌スタッフ

マツダ株式会社は、2020年1月30日に創立100周年を迎えました。2010年以降、多くの新技術が組み込まれた車両最適化プラットフォームであるSKYACTIVを車両の開発に使用してきました。同社はSKYACTIVを効率的に開発するために、コンピュータ支援エンジニアリング（CAE）に積極的に投資しています。2019年に新世代車両の最初のモデルとしてMAZDA3が発売されましたが、その内装と照明の開発には、Ansys Speos 3D光学解析ソフトウェアが重要な役割を果たしました。

Ansys Speosで自動車照明の正確な評価を実現

自動車の照明技術は、LEDへの移行に伴い、設計の自由度が大きく広がっています。従来は、照明や性能はサプライヤーの知識に基づいて決定されていました。サプライヤーは様々なツールを使って新しい照明を提案してきました。一方で、マツダ社はサプライヤーの提案を独自に判断する手段や、照明解析を行う手段を持っていませんでした。さらに、車両開発では様々な法規制や機能要件も満たす必要があります。将来を見据えると、開発サイクルの早い段階で実際の照明を評価することが必要でした。

「衝突安全や振動騒音などの開発分野では、設計段階でシミュレーションによる性能検証やモデルベースの開発を行っていました。」と、マツダ社の装備先行技術開発グループを率いる井上実氏は述べています。「一方で、照明をはじめとする内装・外装機器の開発では、ほとんどが実車を使った検証であったため、光学システムの取り組みが周回遅れだという認識はありました。だからこそ、快適さや見た目の良さなど、人間の感覚を物理量に基づいて評価し、開発の初期段階に力を入れたいと常に思っていました。」

「Ansys Speosは優れたツールです。シミュレーションによって様々な物理量を評価できます。視覚的な照明評価に必要な輝度、法規制を満たすために必要な光度などを、同時に単一の解析で評価できます。」マツダ社の装備開発部エクステリア開発グループのアシスタントマネージャーである中矢喜昭氏はこう語っています。

井上氏は次のように述べています。「マツダはモデルベース開発という考えを進めていますが、サプライヤーに任せる部品であっても、その部品設計のメカニズム（原理や根拠）を理解した上で開発を進めることを推奨しています。私はこのツールを導入することで技術を学ぶことができ、効率的な開発につながることを社内で説明しました。そして、皆を納得させて導入することに成功したのです。」

マツダ社はSpeosの導入前には、原理モデルのコンセプトで複数のプロトタイプを作製し、開発方向を定めてから詳細設計を開始していました。その後、さらにプロトタイプを製作し、最終的な設計データをもとに実車モデルを製作していました。つまり、マツダ社の従来の手法では、何度もプロトタイプを製作し、それに多くの費用を費やしていました。例えば、ランプの金型を作るために数百万円から1000万円（約95,000ドル）かかります。

Speosの導入により、プロトタイプ製作数を減らすことに成功しました。Speosを使用することでエンジニアが設計上の問題を発見して修正できるため、平均して2台から3台のプロトタイプを削減することができました。

「例えば、照らしたいエリアの外に光が漏れてしまうというのは、CADデータでは見つけにくいし、経験豊富なエンジニアでも、ときには見落とすことがあります。」と中矢氏は語ります。「Ansys Speosのシミュレーションなら、このようなエラーがないかをさまざまな角度からチェックすることができます。現在では見落としがほとんどなく、やり直しが減りました。」

マツダ株式会社では内装・外装照明のシミュレーションにAnsys Speosを使用した。モデルベースの開発において、プロトタイプの数を削減し、開発期間の短縮とコスト削減を実現した。また、Speosは、ユーザーエクスペリエンスを定量化する手段を備えているため、設計変更の指示が正当であることを示すことができ、ワークフローの効率化を促進した。

人間の感覚を定量化して最適なユーザーエクスペリエンスを提供

マツダ社の車両実研部は実験と研究を行い、クラフトマンシップ開発グループは、ディスプレイ機器の視認性や質感などの詳細を考慮して、人間の身体、感覚、認知、表現を研究します。

マツダのクラフトマンシップ開発グループのシニアスペシャリストである米澤麻実氏は、Speos導入時にアンチグレア開発を担当していました。彼女のグループは太陽光によるグレアの問題のためにSpeosを選びました。一部のモデルでは、センタールーバー周囲の銀色のメッキに太陽光が反射し、運転中にグレアが発生しました。この問題を解決するには、メッキ部品の形状を変更する必要があり、金型の改造に約1,000万円の追加費用が生じました。さらに他のモデルでも同じ現象が見られたため、金型を改造する前に対策を講じる必要がありました。

ベテランのエンジニアが経験をもとにメッキ部品の形状を変えたため、どのくらいの光が人間の目に眩しく感じるのかを定量的に示したデータはありませんでした。米澤氏のような専門家でさえ、グレアを目視で確認するだけで定量化して数値で示すことはできていませんでした。そこで、マツダ社はグレアを測定する方法を求めました。

Speosはマツダ社が設定した以下の3つの評価基準すべてを満たしました。

• 光量と波長を正確に解析する
• 反射特性を正確に解析する
• 輝度分布を2次元で再現・定量化する

「従来のツールでは、設計やデザインの部署で作成した3Dデータを別のファイルに変換していたため、メッシュを生成すると精度が低下していました。」と米澤氏は語ります。「Ansys Speosなら、3D CADツールをアドオンとして利用できるため、精度を落とさずにシミュレーションを実行できます。これは大きなポイントでした。」

米澤氏のグループは別の問題にも取り組んでいました。車室内の部品がフロントガラスの内側に反射して前方の景色が見にくいという問題があったのです。設計上の問題点を定量的に示すことができず、米澤氏はデザイン担当者に改善の必要があることを納得させるのに苦労していました。Speosを導入したことで定量的照明解析が可能となり、デザイン担当者に改善を求めることができました。

MAZDA3の照明やインテリアは、Speosを積極的に活用して設計されました。新車発表時に世界各地で開催されたジャーナリスト向けの試乗会では、MAZDA3の視界が明瞭なことが評価されました。

左から：米澤麻実氏、中矢喜昭氏、井上実氏の3名が、マツダ株式会社の内装・外装照明のシミュレーションにAnsys Speosを導入。

より効率的なサプライヤーとの関係

マツダ社では、Speosの導入以降、サプライヤーとの関係も変化しました。従来は照明の開発プロセスは一方通行でした。例えば、サプライヤーにデザインコンセプトや照明イメージを伝え、サプライヤーがその知識に基づいた提案を行っていました。現在、マツダ社は詳細設計にはかかわっていませんが、社内でシミュレーションを行い、サプライヤー側に提案を行っています。

「従来の開発スタイルと異なるのは、照明の周辺部が設計されていない段階からコンセプトを準備できる点です。これにより、コストを最適化できます。」と中矢氏は語ります。例えば、マツダ社のエンジニアがシミュレーションを使って自動車のライティングマウントの設計を量車産向けに最適化することが可能になり、時間とコストを節約できます。

サプライヤーもこの関係の変化を歓迎しています。初期段階で仕様を決め、双方で最適な設計を準備することは、開発の効率化につながります。マツダ社が現在採用している開発プロセスなら、迅速に仕様を決定できます。エンジニアとサプライヤーが共にSpeosでシミュレーションを行い、リアルタイムで同じ視点を共有できるためです。

Speosにより、マツダ社とサプライヤーとのコミュニケーションが円滑になっただけでなく、社内の設計部門と開発部門のコミュニケーションも向上しました。

「車両をどれだけ改善できるかを口頭で説明するのは非常に難しい課題でしたが、Ansys Speosで可視化することでデザイン担当者に理解してもらいやすくなりました。」と米澤氏は語ります。「一度納得すれば、デザイン変更を進んで受け入れてくれます。実際のものを作らずに見せることができるのは大きな利点です。」