直結４ＷＤは５０：５０じゃないよってな話

前回記事では４ＷＤシステムの分類ということで特にスバルのＡＷＤだけに限った話ではなくて
ましてやボクが携わった仕事とは関係なしに一般論的な話を記事にしたのですが、
今回も４ＷＤの基本的な話として４ＷＤの前後トルク配分の話をしておこうと思います。

たまに「直結４ＷＤ」という言い方をするのですが
これは元々はパートタイム４ＷＤで４ＷＤに入れた状態を指してして
センターデフがないため前後輪が直に繋がっているというような意味からそう呼ばれるわけですが
そこから発展してセンターデフがあってもＬＳＤが効果を発揮してセンターデフを拘束してる状態や
カップリングを用いたオンデマンド式であってもカップリングの拘束が強くて滑らない状態では
同じようなことになっているので「直結４ＷＤ的」な状態などと言われることがあります。

ただ、そんな直結４ＷＤを前後トルク配分５０：５０と誤解している人が多くて
自動車評論家と言われる人にもそのような人がいるし、まことに情けないことに
スバルの技術者の中にも直感的にそうイメージしてしまっている人もいるようなんですよね。
おそらくディファレンシャル＝差動機構というものが理解できていないんだと思うんですが
なかなか実物を見て弄ったりしてないと正確な理解ができないのかもしれません。
子供の頃からラジコンカーとかタミヤの工作キットとかで弄っていれば理解しやすいですけどね。

今回の記事ではまずはそんな基礎的なことを書いておこうと思います。

イメージで描くとこのようになります。（すごく久しぶりにエクセルで絵を描きました）
※実際は回転運動しているものを単純な静的な力の釣り合いで書いているのであくまでもイメージです。
直結４ＷＤは一番左側の図のようにＥ：エンジントルク（本来はトランスミッションを介してますが）で
ピストンを押しているのとＦ：前輪トルクとＲ：後輪トルクが作用・反作用の関係にあります。
ですから、数式で書くと　Ｅ＝Ｆ＋Ｒ　となっていてそれ以外の制約はありません。

なのでＥ＝１００(％)だとすると、Ｆ＝５０，Ｒ＝５０であってもいいですけど
Ｆ＝９０，Ｒ＝１０でも、Ｆ＝２０，Ｒ＝８０でも
あるいはもっと極端な状況では、Ｆ＝－５０，Ｒ＝１５０でもあり得るわけです。

現実にも、例えば前輪がジャンプするなりして宙に浮いていればＦ＝０になりますが
後輪がしっかり地面にグリップしていればＲ＝１００で後輪だけで駆動することになります。
さらに前輪が引き摺られるような状況ならばマイナスのトルクもあり得ます。

ですから、直結４ＷＤは５０：５０になっていることはほとんどありませんから
そのような言い方や考え方をするのは間違っていることになります。
直結４ＷＤもしくは直結４ＷＤ的な状況に対して前後トルク配分は常に不定ですから
前後トルク配分という概念を持ち出すこと自体がナンセンスな話ということになるわけです。

次にセンターデフがあって５０：５０の前後等トルク配分の場合のイメージが中の図になります。
シーソーのようになっているのでシーソーのバランスを保つためにＦ＝Ｒという条件が加わります。
ですから、Ｅ＝１００(％)ならいつなんどきでもＦ＝５０，Ｒ＝５０しか取り得なくなります。

それから発展してセンターデフがあり前後不等トルク配分の場合のイメージが右図になります。
この図の状態だとおよそフロント３０：リア７０くらいのリア偏重トルク配分と言えるでしょうか。
シーソーの支点がずれて腕の長さａ，ｂの差に応じて不等トルク配分になるという感じです。
いずれにしてもセンターデフがあってＬＳＤがない場合はトルク配分は固定されていて
直結４ＷＤのように状況に応じてころころ変わるということはありません。

それで、トルク配分が固定されていると、仮に前輪が宙に浮いてＦ＝０になったとすると
Ｒ＝Ｆ＝０とならざるを得なくなりますから必然的にＥ＝０になり駆動力はなくなります。
センターデフ（ＬＳＤなし）があると一輪でも空転してしまうと４ＷＤではなくなり０ＷＤになり
まったく走れなくなり２ＷＤ以下に成り下がってしまうというのはこういう理屈になるわけで、
故にセンターデフにＬＳＤ（もしくはロック機構）が必要になってくるというわけです。

ところが、センターデフがオープンではなくパッシブにしろアクティブにしろＬＳＤが装着されると
そのＬＳＤの効き代に応じて基本のトルク配分から直結４ＷＤまでの間で変化することになります。
つまり強力なＬＳＤで直結４ＷＤと同じ状態になればトルク配分は不定となり
これまた前後トルク配分という概念そのものが意味をなさない、ナンセンスとなるわけです。

トルセンと呼ばれるようなトルク感応式ＬＳＤであればある一定範囲までは
上記のイメージ図のシーソーの支点を摩擦で押さえているような感じで
前後のトルクが基本のトルク配分より少しずれてもシーソーがバランスを保つようにしてくれるので
その範囲において前後トルク配分が変動することが許されるというイメージになります。

例えば基本トルク配分５０：５０でＬＳＤが２０％分まで抑えることが出来るのなら
７０：３０～３０：７０まででトルク配分が変動することになります。
ただしその中間は不定であり、なので６０：４０であるか４０：６０であるかを議論しても
これまたナンセンスであってそこではトルク配分は意味をなさない概念なわけです。

さらに、トルク感応ＬＳＤではある範囲でトルク配分が変動するようになるだけで
その範囲を超えるトルク配分（トルク移動）は出来ませんから
これまた前輪が宙に浮いてしまってＦ＝０になればＲ＝０にならざるを得ず
必然的にＥ＝０となってＬＳＤが付いていても空転してしまい駆動力もゼロになってしまいます。

これでは滑りやすい路面でのラリーなどの競技では使い物になりませんから
センターデフにトルセンを使用しているアウディ・クアトロでもＷＲＣなどスポーツ走行では
センターデフを常時ロックしていわゆる直結４ＷＤ状態で走行していたというわけです(笑)

一方、回転差（スリップ差）に応じてＬＳＤの効きが変わるようなビスカスＬＳＤなどの場合は
上述のようなイメージ図（本来動的なものを静的に置き換えているので）では表せないのですし
ビスカスの場合はハンプと言って最終的にはロック状態まで行ってしまうので
そうなると直結４ＷＤと同じ状態となりトルク配分という概念がナンセンスとなってしまいます。

というわけで、直結４ＷＤはトルク配分５０：５０ではないし
直結４ＷＤ状態ではトルク配分という概念を持ち出すこと自体がナンセンスという話でした。

それにしても、いくらディファレンシャル機構についての理解ができていないからといって
何故こうもトルク配分という概念を持ち出して誤解をしてしまうのか
そのあたりについての考察と前後トルク配分の意味について次回は書いていきましょうかね。