風洞トンネルでの詳細な調査

Audi RS e-tron GTのエアロダイナミクスと空力音響を担当する開発エンジニアのケンタロウ・ゼンス博士は、次のように語ります。「車は風を切って路上を進みます。しかし風洞はそれと正反対です。つまり、静止している車両に可能な限り均等に空気をあてます。そのための苦労は惜しみません。気流と車両の相互作用が正確な場合にのみ、信頼できる正確な測定結果を得ることができるのです。」

ゼンスは、オペレーターが風洞を制御するコントロールパネルの横にあるワークステーションに座ります。そこでは抵抗係数やフロントアクスルの揚力、リヤアクスルの揚力、風速、ベルト速度と言った関連するすべてのデータを画面上で確認することが可能です。

ゼンスの隣に立つのは、ビークルプロジェクトのエアロダイナミクス＆空力音響開発責任者のトマス・レデンバッハ。「この風洞センターが稼働した当時、これほど静かな空力音響機能を備え、エアロダイナミクスのために実際の道路状況の地上シミュレーションを組み合わせた自動車用風洞は、これが世界初でした。」と彼は言います。

現在、この風洞は2交代制で週6日、午前7時から午後10時半まで稼働しています。また、乗用車等の国際調和燃費・排出ガス試験方法（WLTP）認証が導入された際には、風洞の性能をフルに活用しました。モニ・イスラムは次のように言います。「これほど複雑な風洞には、長年にわたって毎日運転してくれている姉妹部門の全面的な協力と技術的専門知識が必要でした。当時、WLTP値の証明として風洞の認証データを当局に提出することが義務付けられていたため、風洞作業を行う同僚たちは、私たち開発者に1日あたり23時間の試験時間を提供してくれました。」

そうとは言え、エアロダイナミクス開発においてコンピューターシミュレーションは、ますます重要な役割を果たしています。数値流体力学（CFD：Computational Fluid Dynamics）シミュレーションは、コンピュータ上で気流を再現し、流れのパターンの解析や視覚化を可能にします。では、なぜ時間とコストのかかる風洞実験を行うのでしょうか？トマス･レデンバッハは次のように説明します。「風洞は私たちの日常的なツールで、シミュレーションの結果を検証することもできます。シミュレーションを開発し続けたいと思っていますが、それが有効で正確なものであることを保証するために、テスト結果と照らし合わせて計算をチェックする必要があるのです。」

しかし、コンピューターシミュレーションはますます良くなり、その重要性も増しています。Audi RS e-tron GTでは、900万CPU時間以上という非常に多くのシミュレーションを行い、風洞では150時間を費やしました。ちなみにAudi R8では600時間でした。これは、Audi RS e-tron GTの設計の質の高さを示すだけでなく、開発プロセスが大幅に短縮されたことを示しています。

モニ・イスラム博士はこう付け加えます。「風洞とCFDは、エアロダイナミクスの専門家にとって補完的なツールです。風洞は非常に正確で速く、ダイナミックな開発プロセスで非常に効率的に作業することができます。シミュレーションは驚くほど多くの情報を提供してくれますが、モデルの準備や結果の解析に手間がかかります。この2つのツールのうちどちらか一方だけでは、最先端のエアロダイナミクス開発は不可能でしょう。」

Audi RS e-tron GTのような電気自動車にとって、フルパッケージはエアロダイナミクスの面でもメリットがあります。例えば、クローズド・アンダーボディはその一例と言えるでしょう。しかし、モニ・イスラムが所属する、優秀な31人のスタッフを有するエアロダイナミクス車両開発部門が直面する課題は大きくなっています。モニ・イスラムは彼らの目標を次のように語っています。「抵抗係数を向上させることで、一充電走行距離を伸ばすことが可能です。」

エアロダイナミクスの専門家は、感度を示すシミュレーション結果を通じて、車両が秘める可能性を特定します。つまり車両のある一点の位置をわずかに変えた場合、気流にどれだけの影響を与えるかということです。それについて、イスラムは次のように説明します。「空気は見ることができないので、エアロダイナミクスは綿密な調査作業と言えるでしょう。風洞で測定器が出した値に基づいて、解析的なアプローチで問題を絞り込まなければなりません。」

それを実現するために、エンジニアはラピッドプロトタイピング技術で生成されたさまざまな追加パーツを処理します。まず、部品の形状を決めるためにCADで設計します。例えば、フロントエプロンの吸気口もこうして作られた部品です。そしてモデル管理の担当者が、この先端技術を用いていくつかのバリエーションを含むテスト部品を用意します。その後、部品のさまざまなバリエーションが、モデル上で順番にテストされます。テストでは抵抗係数と揚力係数が計測され、その結果は、全く同じ構成のCFDシミュレーションと選択的に比較され、有効なシミュレーション結果が得られます。

「自動車のエアロダイナミクスの80パーセントは、20パーセントの時間で開発することができます。しかし、私たちはエアロダイナミクスの残り20パーセントに膨大な時間を費やしています。つまり、小さな最適化をいくつも重ねることで空気抵抗を減らしているのです。」と、トマス・レデンバッハは風洞での調査作業について語ります。「最高品質の結果を出すためには、このような高レベルの献身と細部へのこだわりが必要なのです。」

では、Audi RS e-tron GTを担当したエアロダイナミクスのエキスパートにとって、このグランツーリスモにおける気流で最も困難だったディテールは何だったのでしょうか。ケンタロウ・ゼンスは、しばらく考えてこう言いました。「4つのダクトが連結されたフロントエプロンです。空気が吸気口に流れ込み、内部のシャッターが閉まると、空気があちこちに逃げてしまいます。そこで気流を制御して、正確に微調整することが重要なのです。それには、車両安全、部品エンジニアリング、生産、組み立ての全部門と一緒に作業しなければならないので、チームワークが必要になります。」

ゼンスはまた、ホイールアーチと連動するいわゆるエアカーテンのデザインについても言及しています。「私たちは、アウディのデザイナーと毎週緊密な連携をとっていました。その結果、エアカーテンを中心としたフロントエンドからサイドへの気流が最適化され、首尾一貫したテーマとして全体のデザインにシームレスにフィットするようになりました。Audi RS e-tron GTのすべてには、機能と目的があります。それは真の機能性であり、私がこのクルマについて気に入っている点なのです。」