【研究目的】
TRAMIの各研究成果を産・学で使える状態にする
(車両全体系や駆動系の解析を実機レスで解析可能なシミュレーションモデルの構築)

【研究内容】
自動車産業の様々なステークホルダーのモデルベース開発・研究を加速・システム思考を根付かせるため,TRAMIの研究成果を産・学で利活用できる状態(≒モデル)にし普及・流通させる.
モデルとは,車両全体や駆動ユニットを対象に,実機を使わず単独あるいはシステムとしてシミュレーションが可能なものを指す.
本企画では,下記のプロセスでモデル化推進し定着化させる.
 ①各研究成果内容の棚卸,モデル化対象決定
 ②モデル階層とアーキテクチャの明確化
 ③研究成果のモデル化
 ④システムモデルのアップデート
 ⑤システムモデルへの実装
 ⑥効果確認

 

【研究目的】
超高回転化と高次元で両立すべき電動駆動システム効率を各構成要素の損失/熱を捉えて予測できる技術を構築する

【研究内容】
現存BEVのユニット計測(主に効率と熱)結果を利用し,BEVを題材とした電動システムの効率の解析に必要な特性を同定し,BEV車両としての実機検証を行ってモデルの完成度を向上させ,超高回転領域での電動駆動システムモデとしての効率検討が可能な基盤のモデルを構築する.
複数の超高回転想定BEVの仕様を各研究会と議論し決定した後,それぞれ仕様に対応するモデルを基盤モデルに組み込んでシステム効率/電費,および各部位の使用領域や損失の割合を明らかにし,仕様ごとの特徴や課題を整理する.その際の各種損失モデルと伝熱モデルは高回転領域を想定した他研究会の成果に基づく物理モデルへと更新する前提.
これらの検討プロセスと結果を報告書に残し,かつTRAMIのモデルを使った具体的なユースケースとしてモデルの内容および使い方を解説書に残す.

 

【研究目的】
ePT調査(効率計測)を行い,F22から継続している良電費の分析精度を上げる.
更に超高回転化の基礎技術研究に向けて,基点ePTモデルの同定を行う.

【研究内容】
熱マネジメントに着目し,車両走行時の冷媒-冷却-電気特性を取得し,エネルギ損失調査/分析を行.
FY22 前半:文献調査,車両調査で測定項目の検討
後半:機材手配,車両計装,トライアル走行&データ計測
FY23:車両計測を実施 ➡電費の良い理由明確化(+車両モデル〔冷却システム〕作成 by モデル戦略研究委員会)
FY24:ePT(MOT&INV,減速機)効率調査&超高回転化に向けて基点ePTモデル構築のための同定データを取得

 

【研究目的】
超高回転〔5万rpm超〕の基礎技術推進のため,全業界を対象としてトップランナー技術の調査/分析を行う.FY24は超高回転MOT・高減速ギヤボックスの静的ベンチマークを実施し,次年度以降の実機調査〔動的〕に繋げる.

【研究内容】
《トップランナーの定義》 モータ:2万rpm以上、 減速機:減速比20以上
 ・ 超高回転モータ+高減速比減速機を想定した課題抽出のための基礎データ取得
   ⇒実機分解によるSpec調査
   ⇒MOT/INV:効率,発熱,振動
   ⇒Gear Box:効率,発熱(潤滑含む),振動
 ・ 超高回転検討のためのPTモデル構築のための実機データを用いた同定
 ・ 超高回転化に向けて抽出した課題の重み検証と新たな課題抽出

 

 

【研究目的】
ギヤ噛合部の潤滑状態を把握するために,油膜の膜厚と破断率を同時に定量化可能な計測手法を開発する.転がり軸受で実績のある電気インピーダンス法をギヤ噛合部に適用し,その有効性を検証する.

【研究内容】
ギヤ噛合部をモデル化した小型卓上試験機(評価試験機)を試作する.評価試験機に電気インピーダンス法の電気計測系を実装する評価試験機にて,ギヤ噛合部の交流応答を測定し,二種類の信号(振幅と位相)を得る.得られた二種類の信号から,ギヤ噛合部の油膜に関する二種類の情報(膜厚と破断率)を同時に定量化可能な計測原理を構築する.
FY24は5万rpmで回転しているギヤから油膜厚さ・破断率の試算に必要な信号を実測できる計測システム,及び得られたデータから油膜厚さ・破断率が試算できるモデルを構築し,1万rpmで実測できることを確認する.また他研究分野・テーマで発生した課題の原因究明やその他応用研究への本計測手法を適用することで各研究が加速することを狙う.

 

【研究目的】
高速回転歯車の信頼性確保へ向けて,高速回転歯車使用条件における摺動面の摩擦/摩耗に影響する因子を明らかにし,摺動面の摩擦予測技術ならびに高速回転歯車における潤滑油の設計指針を提案する.

【研究内容】
高速回転歯車の使用条件を想定して潤滑油粘度/摺動面の添加剤量/すべり速度/面圧等を変化させたときの,摩擦/摩耗に関連するパラメータである添加剤被膜の生成,摩擦係数や摩耗量等を調査し,各因子の影響度を調査し,摩擦/摩耗メカニズムを明らかにする.
最終的には,高速回転歯車の信頼性を確保するための歯車設計指針や添加剤処方を提案する.

具体的な実施内容は下記の通り.
 ・ 摺動面の添加剤量/摺動速度等を変えた場合のトライボフィルム形成過程をAFMを用いて観察
 ・ 潤滑油粘度/すべり速度等を変えた場合のピッチングの程度を観察
 ・ スペックルパターンより摩擦係数を推測するためのデータベース構築とAIシステム確立ならびにメカニズム推定

 

【研究目的】
超高回転環境下における摺動部摩擦係数への影響が想定されるトライボ現象を検証し,摩擦係数の数値予測を行う.

【研究内容】
本WGではFY19~21の3年間,松本の式をベースとして混合潤滑領域の摩擦係数予測精度を向上する研究に取り組んできた.ギヤの高回転化に伴い,摺動部発熱・冷却量や潤滑到達量そのもののバランスが崩れることで,油膜厚さがH-Dの計算式と合わなくなる懸念がある.

そこでFY22~23では高回転化を想定した環境(すべり速度~20m/s,3万rpm,周速50m/s相当)で,摺動部せん断発熱の増加と表面熱物性の違い,潤滑油量不足(貧潤滑)条件および粗さ方向による膜厚の変化と,それによる摩擦係数への影響を評価・確認し膜厚予測式を構築した.

FY24では構築した膜厚予測式の適用を超高回転域に拡張すべく,すべり速度30m/s(5万rpm 周速75m/s相当)まで拡大したときのせん断発熱,貧潤滑条件,接触形状および粗さ方向による膜厚の変化と摩擦係数への影響を評価・確認する.

 

【研究目的】
超高回転では撹拌損失防止の観点から従来以上に潤滑供給油量の最小限化が求められるため,接触部に届きにくくなる.確実に接触部に届かせる技術,最小限の油量で効率良く潤滑の効果(油膜確保,冷却)を得る技術が必要となる.

【研究内容】
遠心力を加味した回転体の接触部の潤滑状態の可視化,定量化を行う.
潤滑油の供給方法,油量をパラメーターに,接触部の油膜形成状況,冷却効率との相関を求め,最小限の油量にて効率の良い潤滑方式を提案する.

★FY23までの研究に対し
 ●対象をBrg,歯車,ジャーナル軸受 等に拡大  ← トラクションに特化
 ●今考えられる低粘度油として使用油をATFに変更   ← トラクション油
 ●実機の接触状態に近い平行軸の設備に改造     ← 直交軸での接触での解析
 ●超高回転の角速度を想定し,遠心力の影響付与     ← 摺動速度のみ再現,Max3,000rpm

 

【研究目的】
高効率化と小型軽量化に大きなポテンシャルが想定される「磁気ギヤと小型モータを一体にしたモータシステム」を研究する.本研究では,車両要件を織り込み,他の電動駆動スケルトンに対する実現性と優位性を見極める.

【研究内容】
先行研究の「磁気ギアを用いたEV用モータシステムの開発」に対し,5万rpm超へ適用可能とする主要課題として,以下の3課題を研究する.
(1)磁気ギヤ同期安定性:急加速急減速時の磁気ギヤ同期不良を回避するための制御ロジック構築とその検証
(2)小型軽量化:他の電動駆動システムに対して優位性を見極めるため,スケルトン提案,ユニット試作,検証
(3)連続性能,冷却性:システムの信頼性問題の抽出と対策提案,およびその検証 

 

研究目的】
電動機の小型&高回転(5万rpm超)を想定し,トラクション伝達による遊星ローラ減速機の限界を明確にしたい.そのためにトラクション動力伝達能力,伝達効率から遊星ローラの最大減速比を明確にする.

【研究内容】
電動機入力5万rpm超の高減速機として遊星ローラを選択する場合,遊星ローラの外接円接触となるサン/ピニオンローラが最も厳しい運転状態になると想定される.外接円の1対ローラによるトラクション動力伝達能力および,伝達効率などのトラクション特性を求め,遊星ローラで取りうる最大減速比を明らかにする.
1)FY23:遊星ローラ減速比を決めるパラメータ(油膜厚さ,表面温度,面圧,軸間距離など)を解析を使い洗い出す。これらを踏まえ,既存設備の軽負荷範囲でローラ減速比違いのトラクション特性から遊星ローラの最大減速比を求める.
2)FY24:FY23軽負荷設備許容範囲内の結果から高負荷時のトラクション特性を予測する.
3)FY24~25:新構想設備(図)により,高負荷条件含めたトラクション特性から遊星ローラの最大減速比を明確にする.

 

【研究目的】
超高速電動化に伴いモータの高効率のスウィートエリアをより積極的に使う変速機のシステムを検討する.また超高速電動化用として変速機を含めた従来にない新機構の可能性を検討し,新たなる研究テーマを創出する.

【研究内容】
・超高速小型モータのメリットを生かす変速機では,高減速比が必要となりスケルトンや伝達機構の選定が課題となる.
・またMOT効率のスウィートエリア,加速力,最高速度を狙うために、変速機側とモータ特性の連成問題が発生する.
以上の課題を踏まえ,以下を研究していく.また2年計画→4年計画と延長し,感度分析を2年延長することで,変速最適・構造パレート最適の提示へと結び付けていく.

(1) 従来の伝達・変速要素による5万rpm超の機構モデル解析をFY22,FY23から継続し,未検討の有望モデルや前年までの上位改良モデルについて燃費・登坂性能予測を行い,各要素の寄与度,感度解析を行う.
(2) 良電費高頻度を狙った最適変速マップを検討し,車両違いでの最適変速を提示する.
(3) 上記作成分析済の20モデルからパレート最適(多目的最大有用包絡線)を行う.
(4) 上記感度解析を踏まえ,感度が高い要素部品の更なる効率向上,新機構の検討,新規研究に落とし込む.
(5) 研究が先行している海外の学会・論文を調査し本研究と比較することで,本活動の有効性を客観的に検証する.

 

【研究目的】
30,000rpm相当周速の高速回転ギヤに関して,かみ合い摩擦・スカッフィング摩耗に及ぼす歯面テクスチャ・潤滑油・PV条件の影響を明らかにし,高回転モータ駆動ギヤの伝達効率向上・歯面損傷低減につながる知見を見出す.

【研究内容】
FY20までは,新設の動力循環式歯車試験機を用いて,歯面テクスチャ仕様を振ったギヤのMTF使用時の伝達効率を計測し,かみあい摩擦係数μの算出式を新たに導出した.
FY21からは,現行HEV・EVの約2倍の高速回転・高PV領域でのかみ合い摩擦・スカッフィング摩耗を下記の実機使用環境で研究する.
①高速回転ギヤの歯面テクスチャ種類を拡張し,かみ合い摩擦に及ぼす影響を調査(FY21)
②高速回転ギヤの低粘度油(ATF)領域の油膜厚さ・かみ合い摩擦の検証(FY22)
③現行HEV・EVの約2倍の高PVギヤのスカッフィング摩耗の基礎研究(FY23)
④摩擦係数μ予測式とスカッフィング摩耗の発生する温度の関係性を検証(FY24)

 

【研究目的】
電動化に伴うモーターの高回転化動向から,使用回転の高回転化が想定されるギヤにおいて,既存設計技術での対応可否の検証および高減速ギヤ等,従来技術から踏み込んだ超高回転対応ギヤの設計技術を検討する.

【研究内容】
FY23までに,オープンラボ(JARI)に50,000rpm有負荷試験環境を構築し,試験開始のための準備を進めて既存設計技術の適用可否について検証をおこなった.
FY24は,引き続き既存設計技術の適用可否の検証を進めるとともに,研究テーマ化を進め研究委託先を探る.また,鳥取大学の研究成果との整合性確認を実施していく.

 

【研究目的】
飛沫(液滴)を伴う気液二相流CFDのモデル化につながる基礎的なメカニズムを解明し,気液二相流CFD解析の精度・効率を向上させる理論を構築する.

【研究内容】
自然潤滑における,液滴を伴う気液二相流の動的な挙動メカニズムを解明する.
→潤滑不足が顕著になる低回転時のギヤ撹拌に着目する
[実験&CFD]
 格子解像度に頼らずに計算するため,精度向上のカギを握るメカニズムを探り出す
  ←これまでの研究で2,000万メッシュ以上の大規模計算でも高精度な解析が難しいことを確認済み
[CFD]
 ・メカニズムをふまえた解析精度向上のための手法を検討する
 ・0.5mm格子で解像できない物理現象のモデル化を検討する

 

【研究目的】
高回転環境でのCFD技術の現状の課題をふまえ、駆動系における気液二相流解析の実用性を高める手法を構築する.

【研究内容】
飛沫,液滴や気泡を含む気液二相流の攪拌特性について,実用的なモデリング方法を研究する.
・ 現象解明成果(大阪大研究/千葉工大研究)に対して,既存のCFD解析手法/ソフトの課題を抽出する.
・ 飛沫や液滴を含む気液二相流について,2大学研究成果(新たな知見や理論)を考慮し,理論に基づいたものであると同時にCFDを利用するユーザーにとってリーズナブルな計算負荷かつ高精度(開発現場における気液二相流解析レベル)な実用モデルを提案する.
・ 気体に混ざった液体飛沫を従来の計算パラメータとは異なる使い方等でモデル化する.

 

【研究目的】
トランスミッションのオイル潤滑としては,液体形態の供給だけでなく,気体中のオイル飛沫で行う手段も有効である.高回転環境において飛散する方向と量の予測が,熱の収支や潤滑システム設計には必要である.オイル飛沫について,ギヤかき上げによる飛沫の発生形態や飛翔変形等必要な実験データの取得,観察を行い,高回転のCFD計算技術を向上させる.

【研究内容】
ギヤの回転により発生した飛沫について,その挙動(変形,微粒化,飛翔等)のメカニズムをCFDで解明するための課題を抽出する.特に高回転下で流体特性値による飛沫挙動変化を取得し,CFD再現に繋げることが重要.高回転の環境に影響が大きいと考えられるものを抽出できるようにする.
・回転数によって飛沫がどこまでどうなるのか
・計測は何でどこまで出来るのか出来ないのか

研究項目
・汎用カメラによる観測(高速カメラは限界回転まで)
・光学計測による飛沫状況
・実験する回転速度:5万rpm

 

【研究目的】
超高回転を目指すモータの冷却効率を向上するために,マイクロバブル混入油を活用する技術が検討されている.これを実現するために,油圧回路中にマイクロバブルを析出させる技術を研究する.また同時に気泡の混入は油圧回路において振動や騒音の発生原因となる為,静粛化技術に繋がる基本特性を研究する.

【研究内容】
潤滑や冷却にマイクロバブル混入油を供給する為には,実用的な回路内でそのマイクロバブルを生成する機構を確立する必要がある.当研究では,ポンプにより加圧された気泡混入油が減圧部で示す挙動に着目し,混入気泡からマイクロバブルを生成する実用最適な機構とその生成条件を研究する.
また気泡混入油を加圧/減圧する過程で発生する騒音に対し,効果的な対策を講じる為の基礎研究に取り組む.

① 潤滑実用域(0~1MPa)の範囲における気泡混入油性状・運転条件・減圧部仕様(種類/条件)と発生する気泡性状の関係解明
② ①の諸条件における加圧部/減圧部の圧力脈動及び騒音の基本特性の把握
③ 騒音低減とマイクロバブル生成の両立化

 

【研究目的】
5万rpmの超高速回転するギヤ歯面に対して,オイルジェット潤滑の有効性を探る.

【研究内容】
電動P/Tではモータを小型化するためには,低トルクのモータとなり減速機はLowギヤ化が進む.結果として,モータの高回転化=2万rpm以上の環境が想定され,モータ出力の1軸上ではギヤも高回転している.ギヤ歯面への潤滑供給手法の1つとしてオイルジェットが考えられるが,高回転するギヤ周りで噴射されたオイルがどのような挙動を示し,有効な潤滑手法として使用できるかは不明確である.
当研究では,オイルを高回転ギヤ近傍からジェット噴射させ,噴射後のオイルの挙動を可視化,計測する.さらに対象物との距離や角度,噴射するオイルの流速,気泡の混入率等によるギヤ歯面潤滑の有効性を探る.目標は5万rpmで回転するギヤだが,代替パラメータによる評価方法も本研究の中で模索していく.(=より効率的な評価手法の検討)

 

【研究目的】
マイクロバブル混入オイルのせん断流下での冷却性能・剪断抵抗の定量化と最適化の指針を探る.
※せん断流:速度勾配によるせん断力が作用する流れ.モータ内隙間流れでは片側壁面が一定速で移動するので速度勾配が一定のクウェット流となる.

【研究内容】
パワトレ部品内では,攪拌,空気の巻き込み,キャビテーション等により油中に気泡が含まれる.気泡混入によってせん断抵抗の低減が期待できる一方,冷却性能の低下も想定される.気泡径,気泡混入率がモータ内部のロータ・ステータ間の流れとせん断抵抗による発熱,および冷却性能に及ぼす影響は不明確である.
当研究では,直径数十mm の気泡を混入させ,微小隙間のせん断流のせん断抵抗と熱伝達率の計測結果から気泡混入率の影響を定量評価する.さらにモータを模擬した回転体回転数が気泡を含む気液界面構造に及ぼす影響を明確にし,冷却システムとしての最適化手法を構築する.

 

【研究目的】
電磁加振力予測により円環での振動モードやアキシャル方向の振動モードが発生するかを確かめ,NVの原因となる振動を解明する.

【研究内容】
■FY24
・「モータ起振力同定,及び計測精度向上の研究(横浜国立大学 赤津研究室)」で23年度まで実施したティースの電磁加振力同定の研究を活かし,ティース形状全周を作りこんだ有限要素解析モデルを作り,全周の磁束密度の結果から電磁加振力モードを推定する.
■FY25
・実機を試作し,全周の磁束密度を測定し,電磁加振力を推定する.
・円環でのティースごとの電磁加振力の違いによって振動モードが発生するかを確かめる.
■FY26
・アキシャル方向も加味した3D有限要素解析モデルを作りこむ.
・FY25でとった実機でのティースの磁束密度の結果から,アキシャル方向の電磁加振力を推定する.
・アキシャル方向への電磁加振力や,それによる振動モードが発生するかを確かめる.
・NVの原因となる振動を解明する.