超軽量近未来モビリティの開発

• 研究概要

  省エネルギー・低炭素・安全安心で持続可能な交通社会の実現には、自動車や航空機に代表される輸送機器の燃費向上と安全技術の研究開発が必要不可欠である。本研究では、材料学、材料加工学と知能制御の学問分野の統合／融合により，超省燃費自動車の開発・製造における世界初の統合設計基盤技術の確立を目指す。
  グリーンものづくりとしては、塑性加工における超高精度成形シミュレーション技術、切削・研削による除去加工と金属3Dプリンタによる付加加工との複合化による新しい加工技術、炭素繊維強化プラスチック複合材料（CFRP）の損傷・破壊シミュレーション技術に取り組む。また、設計技術として、軽量電気自動車の運動性能シミュレーションとドライビングシミュレータを用いた操縦安定性の評価を行う。
  これらの研究を融合・統合化することで、超省燃費自動車の開発・製造における統合設計基盤技術の確立を実現する。

  

• 研究目的

  省エネ・低炭素・安全安心で持続可能な交通社会の実現には、自動車や航空機に代表される輸送機器の燃費向上と安全技術の研究開発が必要不可欠である。一般に、自動車車体を10％軽量化すると燃費も10％向上するとされるが、自動車の軽量化と安全は二律背反である。そこでさらに、先進的車両制御技術を積極的に取り入れることで、軽量化車体および効率的な運転制御（自動運転技術を含む）によって自律的に事故を予防できる自動車が実現すれば、自動車の安全性を犠牲にすることなく、自動車を極限まで軽量化することが可能となり、安全かつ高燃費な自動車を実現できる。
  本研究では、材料学、材料加工学と知能制御の学問分野の統合／融合により，超省燃費自動車の開発・製造における世界初の統合設計基盤技術の確立を目指す。自動車車体100kgの軽量化により、20g/kmのCO2削減効果が見込め、およそ2-5%の燃費向上効果が期待できる。一方，衝突時の乗員保護および乗り心地向上のためには，車体重量の軽量化に限度がある。そこで先進制御技術の開発・適用により、軽量化を向上させつつ、かつ安全安心性が保証された超省燃費自動車の研究開発が加速され、新たな自動車工学分野のブレークスルーになりうる技術となる。この技術は、自動車だけではなく、鉄道車両の車体設計やさらには航空機の機体設計にも応用でき、全体の３割を占める運輸部門のエネルギー消費の削減に大きなインパクトがある。

• 研究計画

  ★超高精度成形シミュレーション技術：
  高張力鋼やアルミ合金などの軽量化材料について，実際の自動車車体の成形加工中の変形と同等の二軸変形特性を高精度に測定、それを再現する超高精度な数理モデルを確立し、計算機シミュレーションソフトウェアに実装する。さらに、そのソフトウェアを用いた自動車部品の成形シミュレーションを実施し、本研究で定式した数理モデルと成形シミュレーション技術により自動車部材のさらなる薄肉化、すなわち軽量化のための最先端設計・製造指針を提示できることを目指す。
  また、次世代の成形シミュレーション法として期待される結晶塑性解析法を用いて、軽量化材料の変形特性を支配する材料内部の微細構造を考慮した新しい成形シミュレーション技術の開発を行う。これにより軽量化材料の成形加工特性を向上させると同時に、成形加工により極限まで材料を薄肉化するための材料内部の微細構造の最適化を可能とする。

  ★軽量薄肉形状の高精度・高能率加工技術：
  航空宇宙分野あるいは発電用ガスタービンエンジンに用いられる耐熱合金，チタン合金，炭素繊維強化プラスチック（CFRP）の軽量薄肉形状の高精度・高能率加工技術の開発を行う．切削・研削による除去加工と，金属3Dプリンタによる付加加工との複合化による新しい加工技術の提案を行う。

  ★CFRPの損傷・破壊設計技術：
  航空・宇宙システムのみならず、近年では自動車や一般産業への適用拡大が進んでいる炭素繊維強化プラスチック（CFRP）複合材料について、静的・動的および繰り返し荷重下での損傷・破壊現象に関する実験的な解明に取り組むとともに、解明された損傷・破壊現象を再現可能な数値シミュレーション技術を確立する。開発されたシミュレーション技術を利用することで、様々な産業分野におけるCFRP構造の更なる軽量化と低コスト化を実現するための材料設計・構造設計指針を提示することを目指す。

  ★モビリティの知能制御技術：
  軽量電気自動車の運動性能シミュレーションとドライビングシミュレータを用いた操縦安定性の評価を行う．特に車両の積載量や走行状況に適合した制御系の設計および様々なモータ・駆動系の構成（インホイールモータ方式，１モータ駆動方式，前輪駆動，後輪駆動，四輪駆動方式）による性能評価比較を行う．また，省エネルギーを目的とした実際の電気自動車の構造設計について協議する。

  

その他の研究者

桑原　利彦 　（工学研究院・教授）
笹原　弘之　（工学研究院・教授）
中本　圭一　（工学研究院・准教授）
ポンサトーン・ラクシンチャラーンサク　（工学研究院・准教授）
山中　晃徳　（工学研究院・准教授）