ArvinMeritor社とLMSエンジニアリングサービスが、性能試験場とリグ試験用の短縮された耐久性試験シナリオを開発

ArvinMeritor社は、丈夫で安全な車両サブシステムを一貫して提供していくため、常に耐久性エンジニアリングのプロセス・手法・技術を業界の成功事例に照らして見直しています。この継続的な改善計画をさらに推し進めるため、このたびArvinMeritor社はLMSエンジニアリングサービスと提携することで、性能試験場での試験スケジュールと前車軸の短縮されたリグ試験シナリオを開発しました。このプロジェクトの結果、顧客が百万マイル走行した場合に相当する車軸システムの耐久性評価を、リグ試験において8日間にまで短縮することに成功しました。チームの豊富なプロジェクト経験と荷重データ処理ソフトウェアLMS TecWareの利用が、正確な結果と迅速な実行を達成する上で大きく貢献しました。

米国ミシガン州トロイに本社を置くArvinMeritor社は、2 5 ヵ国以上に約
31,000人の従業員をかかえ、世界中の自動車産業に製品を供給している大手自動車部品メーカーです。ArvinMeritor社が世界の主要な乗用車・軽トラックメーカーや中型・大型トラックメーカーに供給している製品には、車軸、ブレーキ、サスペンション、排気系などの車両システムやモジュールがあります。さらに同社は、中型・大型トラック、トレーラー、バス、および特殊
車両に対して、先進技術のドライブトレインシステムを純正部品として一手に供給することも目指しています。ArvinMeritor社は、トータルソリューションプロバイダーとしての地位を確立するため、設計、エンジニアリング、認証、製造、そして統合の全工程をさらに最適化するための新手法を系統的に探し求めているのです。

小型軽量でありながら十分な疲労強度を持った製品を記録的なリードタイムで開発するには、長期間に渡るフィールド試験で車両システムの耐久性を確認している余裕などありません。例えば、500,000マイルの耐久性目標を達成するには、フィールド試験を完了するのに1日平均500マイル走行するとして3年を要します。ArvinMeritor社は、最近開発された同社の前車軸とサスペンションの耐久性エンジニアリングプロジェクトを実施するにあたってLMSエンジニアリングサービスと協力しました。

ミシガン州トロイのArvinMeritor社にある実験力学および試運転部門の部長であるPhil C. Kittredge氏は、 次のようにコメントしています。
「このプロジェクトの目的は、百万マイルのユーザー走行状態に相当する性能試験場の試験スケジュールを定義することと、それに続いて前車軸のリグ試験における短縮された耐久性試験シナリオを開発することでした。我々がLMSを選択した理由は、LMSの自動車エンジニアリング分野における幅広い専門知識、もっと具体的には、耐久性試験に対する高度な荷重データの分析と、試験コースとリグ試験における試験スケジュール開発の豊富な経験にありました。」

百万マイルのユーザー走行状態に合致する

ArvinMeritor社の前車軸とサスペンションの耐久性検証プロジェクトで用いられた実走行荷重データは、前輪位置でのブレーキ圧と3軸スピンドル荷重の測定機器を搭載した試験車両を走らせることで収集されました。この試験は、ミシガン、インディアナ、アイオワ、ネブラスカ、ワイオミング、ユタ、そしてネバダの各州の公道を10経路、合計約2,300マイル走行することで完了しました。これらの経路には、高速道路だけでなく市街地や急坂と未舗装部分を含んだ田舎道も含まれていました。さらにNATC性能試験場において、19の異なるテスト項目についてそれぞれ時計回りに2回と反時計回りに2回の走行試験が行われました。
LMSのエンジニアはLMSTecWareソフトウェアを用いて、信号のユニットと符号および長さを確認するデータ
の目視検査と一貫性チェックを行って、収集されたデータを整理統合しました。LMS TecWareは、信号のドリフト、スパイク、オフセットなど、データの不具合を効果的に突き止めて訂正するためにも利用されました。

プロジェクトの最初の段階では、2,300マイルの実走行荷重データをもとに、目標とされる百万マイルのユーザー走行状態に匹敵した損傷効果を与える荷重データを開発することに全力が注がれました。これに関連した最初の作業は、鉛直方向の動的スピンドル荷重を、車両の操縦を表す低周波荷重と荒れた路面を示す高周波荷重に分解することでした。エンジニアはまた、実際にブレーキがかけられた場合とそうでない場合に分けて、前後方向の荷重を分解しました。ブレーキ圧が測定された理由は、ブレーキ操作によって生まれる車軸サスペンション内の荷重経路がクルージング状態とは異なるためでした。ブレーキシステムのメーカーとしてArvinMeritor社は、ブレーキがどういう状況下で何回かけられたかを追跡記録することにも特別の関心を持っています。

「目標とされる百万マイルのユーザー走行状態に実質的に合致させるには、エンジニアは各経路とテスト項目における損傷度の構成比率を推定し、得られたレインフローマトリックスをすべて重ね合わせるという仕事に立ち向かう必要がありました」とPhil C. Kittredge氏は説明しています。

「損傷度の推定においては、エンジニアは高度な確率相関法(LMSが開発し、自動車メーカーのフィールド試験によって検証された手法)を用いて、2300マイルの損傷可能性から百万マイルの損傷可能性を計算しました。この確率相関法は荷重にバラツキが存在することを考慮しており、実際の百万マイルにおけるデータと統計的に合致する結果を生み出します。性能試験場の個々のテスト項目に対する特性を決定する際に、彼らは通常の序列化手法に従って、単一動特性のための序列マトリックスを適用しました。全損傷度に関する目標値の正確な概算を成し遂げたことに加えて、エンジニアは、目標マトリックスに対してマトリックスのサブセクターレベルで十分一致させることにも成功しました。」

LMS TecWareでさらに最適化することによって、ArvinMeritor社のエンジニアは、目標とされるユーザー走行状態に対して十分な一致を得るために実際必要となる76の性能試験場での測定項目から7つのみを選択することができました。この簡略化によって性能試験場向けに最適化された試験スケジュールが得られ、全体のランタイムは約1年からたった450時間へと劇的に短縮されたのです。性能試験場における7つのテスト項目としては、ベルジアン路、砂利-段差路、交互段差路、砂利路、そして段差-石埋め込み路がありました。これらは車軸のリグ試験シナリオを定義する際のベースともなります。

プロジェクトの第2段階では、ランタイムが450時間から200時間にさらに短縮された車軸のリグ試験スケジュールの開発に重点が置かれました。リグ試験では、融通性と生産性が向上するだけでなく、車軸システムを走行車両に組み入れることなくそのまま試験することも可能になります。荷重振幅の拡大スケーリングを制限する以外に、エンジニアは多軸負荷のためのレンジペア(RP)のフィルター処理を施すことで時系列を圧縮しました。結果として、30ヘルツを超える信号の周波数成分は、オリジナルの荷重データの信号と比べてわずかに減少しました。このことは、最も重要な周波数成分が一般に0～25ヘルツの範囲にある車軸システムにはほとんど関係しません。最終的に、全損傷度の構成比率の97%を維持したまま、リグ試験シーケンスの所要時
間はたった185時間に短縮されました。

「圧縮された試験サイクルの開発と等価な実験室試験を再現するためのノウハウは、我々の現行の耐久性開発プロセスを改善する上で必要不可欠です」と、ArvinMeritor社のCVS高度エンジニアリング担当副社長であるGarrick T. Hu氏は締めくくっています。「短縮したリグ試験を通じて、従来可能だったよりも正確に実走行データの表現された荷重をアセンブリに適用できるようになりました。このプロジェクトでは、百万マイル相当の耐久試験スケジュールに基づいて車軸システムを検証するためには、1週間の連続リグ試験で十分であることが判明しました。
LMSのプロジェクトエンジニアとの協力によって、我々はユーザー走行状態の同定にさらに自信をつけることができ、疲労予測とユーザー走行の相関分析に基づく技術の精度と信頼性を確認することができました。全体としては、トップクラスの耐久性を備えた小型で軽量な製品への要求がますます増大する中で、このプロジェクトは我々の目標とする耐久性を実現する能力を確実に向上させました。」