デザインも性能もあきらめない。

空気力学でBEVの開発を支える

エンジニアの歩み

私が所属する車両技術開発部の熱流体性能開発室は、その名の通り熱と流体に関する性能についての技術開発・車両開発を担っています。エンジンの排熱や冷却、空調の性能や水の侵入防止、そして私の担当する空力や風切音の性能です。現在はBEVについて、どうすれば空気抵抗や風切音を低減できるか、という課題に取り組んでいます。

空力や風切音性能開発の具体的な流れは、まず航続距離や燃費目標、車両のパッケージング（サイズや乗員の配置の計画）などから空気抵抗値や風切音の目標を設定します。そして目標を達成するために必要な外形の主要な断面形状や車体構造を、企画やデザイン、設計と合意をします。

そこから具体的なデザイン案や床下の設計形状などに対してCFD（Computational Fluid Dynamics：数値流体力学）を使ったシミュレーションや実車サイズのモデルを使った風洞試験で評価・検討をします。風切音の試験では自分で試作車に乗り込んで性能を確かめることもあります。

最終的にできあがった試作車に対しても工場の生産ラインでの調整まで関わって品質の作り込みを行っています。企画からお客さまの元にクルマが届くまで、私たちの仕事が関わっているんです。

電気で走るBEVでは、1回の充電でどのくらい長く走れるかという航続距離が重視され、さらにエンジンの排熱などによるエネルギーロスがなく走行抵抗に占める空気抵抗の割合が高いため、空気抵抗をいかに減らすかはとても重要な課題です。また、エンジン音がないためお客さまからの静粛性への期待が高く、風切音の低減も求められます。これらを実現するために、設計やデザインと細かな部分まで意見を交わしながら取り組んでいます。

とくに、空力性能はデザインによる影響が大きいので、デザイナーが実現したいクルマの形状と、私たちが実現したい性能を両立できるように心がけています。また、性能開発に関わるエンジニアとしては、「とりあえずこんな試験をやってみよう」ではなく、仮説を立て、それに対してどうアプローチしたらその仮説の検証ができるのか事前にしっかりと考えること。その上で、検証した結果が妥当だったのかそうでなかったのかを解明していくことも大事にしています。

カンパニー制に移行してからさまざまな車種の開発に携わってきた中で、とくに印象に残っているプロジェクトが2つあります。

1つめは、初めてデザインの構想段階から携わることができたアルファード・ヴェルファイアの車両開発プロジェクトです。このプロジェクトの特徴は、デザインとして4種類の意匠を用意したこと。つまり、1つのプロジェクトでありながら、普段の4倍の仕事を同時に進めなければならないという苦労がありました。

しかも、アルファード・ヴェルファイアというクルマはやや派手めなデザインなので、空力的には非常に不利な形状なのです。そこで、空気抵抗が大きくなりそうな加飾部分やバンパーサイドの形状はミリ単位で変えたり、部品と部品が接続する部分の隙間をできる限り詰めたり、本当に細かな調整を繰り返していきました。

私が「この部分をこうすると空力性能が良くなります」とデザイナーに提案し、その形状がデザインに反映されていく過程を見るのは、この仕事の醍醐味だと感じました。最終的には「かっこいいデザインをしっかり実現したい」という共通の想いでみんなが協力し合い、無事に目標通り市場に投入することができました。発売後は毎日のように街なかを走っているのを見かけ、お客さまにも喜んでいただけたのだと、仕事の成果を実感しました。

2つめは、タンドラという北米で販売している大型ピックアップトラックのプロジェクトです。この車種には、フロントスポイラーが電動で動く機能が搭載されており、私はその製品化に携わりました。

フロントスポイラーとは、空気抵抗を低減するためにバンパー下部に取り付けるパーツですが、タンドラは悪路を走ることも多いクルマで、岩石路などではスポイラーが地面と接触してしまう問題がありました。そこで、舗装路走行時には空力性能を重視して展開し、悪路走行時には格納するという可動式のフロントスポイラーを採用したのです。

また北米では、トレーラーハウスなどの車両を牽引する「トーイング」が珍しくありません。当初は、単独走行時もトーイング時もフロントスポイラーを展開した方が空気抵抗は良いだろうと考えていたのですが、実際に検証してみるとトーイング中はスポイラーを格納した方が空気抵抗が下がることが判明しました。これを受けて、トーイング時には自動的にスポイラーを格納するという制御を、世界で初めてこのプログラムに組み込むことになりました。

開発過程では、最初にスケールモデルでトーイング時の空気抵抗を測定し、その後実車でトレーラーを牽引した状態で風洞試験を実施。結果として、空気抵抗を低減できただけでなく、風の流れもスムーズになって操縦安定性能も向上し、お客さまが安心してトーイングできるクルマになったと思います。

このプロジェクトを通じて、形状や性能を提案するだけでは製品にはならず、「どう制御するか」という部分を設計担当者やサプライヤーと協力しながら進める必要があることを学びました。これまでつくったことがなかった仕様書なども作成し、自分の業務範囲が大きく広がったと感じています。こうした経験や実績が周りから認められ、いろんな方から相談を受けるようになると、自分の成長を実感できて嬉しくなります。