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自動車メーカーが4WDの前後トルク配分に拘る真の理由

前回記事まででは、4WDの前後トルク配分はアンダーステア/オーバーステアにほぼ影響しないし
単に先に空転するのが前輪か後輪かのその空転し始めのところだけの問題だよと説明し、
でもラリーなどでは状況により後輪を先に空転させたいから後輪トルクを多めにする意味もあるし
その場合でも空転をコントロールできるように差回転感応のLSDなどが有用だよと話をしました。

しかし、ラリーで有用ならば市販車のスポーティ車でも同じというわけではなく
コースコンディションに合わせて前後トルク配分をメカニカルに組み替えることが出来たり
コースコンディションによって効きの異なるLSDを組み替えられることが出来るような
そんな特殊な専用ラリーマシンにのみそれは有用になるという話です。

だったら電子制御で前後トルク配分を可変にした4WDシステムならいいじゃん
と思ったとしたらそれは勘違いも甚だしいということです。
もう一度、この記事から勉強しなおしてくださいね。

もちろん、前後輪を別々の動力源で駆動したり、センターデフ内にも動力源を追加したり、
あるいはCVTなどの無段変速機を利用した動力分配機構をつけたりして
真に前後トルク配分を可変にしているのなら有用ともなるかもしれませんが、
現在“可変トルク配分”を謳っているほぼすべてがLSD等で差回転を抑えて直結4WD的な状態で
結果的に前後トルク配分が変わったかのように喧伝しているだけのもので
実際には前後トルク配分は不定の状態になっているだけのことですから。

ですから、何度もいいますが市販車で前後トルク配分を後輪偏重にしても
ハンドリングが良くなるわけでもないしスポーツ走行で速く走るようになるわけでもなく
かえって全天候型あるいは様々な道路環境への適応力が削がれてしまうだけで
市販車として良いことは何もないよということになるわけです。

 

と、ここまでは前回までの繰り返しであり、復習ということになります。
ただ、それでも実は自動車メーカーは前後トルク配分に拘ります。
拘るというか設計するのに前後トルク配分というのは非常にシビアな問題になります。
しかし、それはハンドリングがどうとかドリフトコントロールがどうとかそんな次元の話ではないです。

では、自動車の設計ではどうして前後トルク配分が問題になるのでしょうか?
それは、とっても単純な話です。
駆動系の強度・耐久性の問題になってくるからです。

エンジン(とトランスミッション)で発生するトルクと駆動輪のタイヤのグリップ限界から
駆動系にかかる最大のトルクが決まってくるので
それに耐え得るような駆動系の強度になるように(安全率を掛けて)設計されるわけです。
なので、4WDはそもそも前後トルク配分というかそれぞれの駆動輪の最大トルクが幾つなのか
それが分からないことには駆動系の強度の設計すらなにもできないわけです。

耐久性についてもどれだけのトルクがどのくらいの頻度・時間加わるのかで設計は決まるし
実験などでもそれらをもとに耐久実験の条件を設定して確認しなければなりません。
逆に駆動系の強度の設計に制約条件がある場合には
その強度に見合うように最大トルクを低く抑えて制限する必要に迫られるというわけです。

もう少し具体的にいうと、例えばFR車として設計された車を後から4WD化しようとすると
たいていは前軸の上に縦置きエンジンが鎮座してますからそれを避けるようにして
前輪の駆動系を設計することになります。
またミッションの途中から前輪への駆動力の取り出し(アウトプット)をするにも
十分なスペースがなかったりして強度的にも十分確保しにくかったりします。

つまり、この例では本当は50:50くらいの前後トルク配分にした方が
前後輪の空転の開始が同じくらいになってトラクション能力の最大化が図れるのだけれど
前輪駆動系の強度が確保できないので已む無く30:70など
前輪トルクを低くしなければならないということになるわけです。

一時期のBMWなどの4WDがやっていたのがこのやり方です。
まぁBMWがやってたというより、4WD化の改造を請け負ったシュタイア・プフ社のやり方ですね。
前輪駆動力が制限されるわけですからセンターデフにLSDを付けることは出来ませんし
ましてやデフロックなども付けられるわけはありません。

 

FFベースの4WDであっても、最初から4WDもあることを念頭に設計してなければ
後輪へのアウトプットをどこにどう設けるのか、トーボードとのクリアランスはあるか、
ステアリング・ギアBOXとかスタビライザとの干渉などの回避やらで
駆動系の強度が厳しくなり、後輪のトルクを制限しなければならない場合も出てきます。

ただ、スバルの場合はFFでも(軽系は除くと)エンジン縦置きというのが幸いして
このような苦労はなく4WD化することが出来たわけですが。
この点に関してはアウディもフルタイムであっても同じだったわけだし
トヨタも乗用4WDはエンジン縦置きのスプリンター・カリブからでしたしね。

だが、スバルのVTDなどは前回記事のように勘違いして後輪偏重トルク配分にしちゃったのですが
アルシオーネSVXではなく後のターボ付の260psレガシィとかにとなると
昔ながらの小さなフロントデフなどでは強度が結構ギリギリとなるので
結果的にVTDで前輪のトルクを少なめにしておいて助かったという話にもなりますが(汗)

一方、スバルの場合はリアの駆動系は普通のFR車と似たようなもので
駆動力が増えたならリアデフを大きくしたりプロペラシャフトやドライブシャフトを太くできるので
強度を確保するのは比較的たやすいですからね。
だから、フロントデフは1種類なのにエンジンがハイトルクなら後輪偏重トルク配分にして
その分リアデフをワンサイズ高強度なものにして対応するということが出来たわけです。

とは言え、CVTとなった今のスバルではトルク容量の異なる2種類のCVTを用意して
それぞれに合わせたフロントデフ強度も確保されているし
FFベースのACT-4タイプのAWDでもフロントの駆動系の強度は十分確保できているので
ほんとうはもうVTDなんて不要なんですけどねぇ。
実際にフォレスターではずーとACT-4で通してますしね(シャコタン系を除く)。

 

さて、少々脱線気味となりましたけど、前後トルク配分は駆動系強度設計には重要という話でした。

ところで、スバルはあまりこのような4WDは作ってきませんでしたが
いわゆる生活ヨンクというか雪道での坂道発進などで最低限の駆動力が伝わればよくて
それ以外は4WDである必要はいっさいないという考えの4WD車もありますよね。

たいていはFF車ベースで後輪の駆動力を必要最低限にして後輪駆動系を安く軽く作る狙いです。
市販車では安さも軽さも重要ですからそれはそれでアリの設計です。
前述のかつてのBMWの4WDもその意味では雪道でも最低限立ち往生しないようにしただけで
4WDのスポーツ性とか高速安定性とか走破性みたいなものは求めてないだけのことですね。

逆に、ランクルなどのクロスカントリー4×4では昔はパートタイムで
今はフルタイムでもセンターデフ・ロックが付いてれば直結4WD状態になるので
そうすると前後トルク配分は50:50ではなく不定ですから
100:0とか場合によっては-100:200とかにもなり得るわけで
駆動系には非常に強度が必要となってしまいます。

実際に直結4WDのタイトコーナーブレーキング現象の時にはそのくらいの状態となり
エンジンが非力でも駆動系を捩じるような非常に大きなトルクが内部で発生してしまいます。

まっ、理論上はタイヤのグリップ以上にはトルクはかかりませんけど
それでも悪路では凹凸に引っ掛かったりジャンプから着地したりすれば
瞬間的には単なるタイヤのグリップ力以上のトルクがかかります。
スバル・レオーネ4WDもそこからスタートしているので
それなりに駆動系の強度余裕を持たせた設計であったはずですけどね。

 

さて、今回は短めですが、キリの良いこの辺までとしましょう。
次回はセンターデフLSDの話、特にビスカスとトルセンなどの話をしましょうかね。

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