AikaCat’s blog

Impreza&CorollaTouringFan

シンメトリカルAWD

インプレッサのエンジンはFB16/FB20フラット4エンジンです。少しロングストロークの水平対向4気筒DOHC16バルブエンジンです。
水平対向4気筒エンジンはフロントオーバーハングに収まりやすくミッション後端まで一直線に出力を伸ばせます。左右対称シンメトリーでバランスも良いです。
最初の発売はスバル1000でしたが当時からフロントエンジンFFの開発にあたって最適なレイアウトを考えた結果たどり着いたレイアウトでした。
スバルのフラット4縦置きエンジンレイアウトのAWDは、シンメトリカルAWDと呼ばれています。メカニズムを上から見た時、左右対称になっているからです。このメリットは次のようなものです。
左右の重量配分をバランスよくできる。エンジン全高を低くして低重心にできる。エンジン出力をリアドライブシャフトまで一直線にでき、リアへの出力の振り分けが強靭にできる。前輪の左右のドライブシャフトも等長にできる。
このため、シンプルに強靭なAWDシステムにできます。またAWDもフルタイム四駆ですから、シンプルに丈夫で有効なAWDシステムにできます。シンプルでバランスの良いシステムレイアウトと言えます。

回転と摩擦とAWD

滑りやすい登り坂や下り坂やカーブなどでフルタイム四駆がスタンバイ四駆より強い理由として、駆動力とトラクションの分散とそれによる限界の高さ、というのは1つにあります。そのためにタイヤの回転数を上げられるので強いというのは、ある程度正しいのですが、それだけではありません。
もう1つ重要なのはタイヤと路面の摩擦力の関係です。これには面積と静止摩擦/滑り摩擦の2つがあります。タイヤと路面が摩擦する面積が大きい方が、よりグリップして路面を掴めます。そして静止摩擦つまりグリップしている時は摩擦力は大きいですが、滑り摩擦つまりスリップしている時は急激に摩擦力は下がります。
それでフルタイム四駆は四輪のタイヤの面積を使えますからクルマの駆動するための摩擦力は大きくなります。そしてグリップしている時に四輪で路面を掴みますからクルマの摩擦力は大きくなります。スタンバイ四駆は二輪のタイヤの面積しか使えませんから摩擦力は小さくなります。そして前輪がスリップした時に後輪を駆動しますからやはり摩擦力は小さくなります。このためクルマのタイヤが使える全体の摩擦力が小さくなるので滑る路面の坂道やカーブで弱くなります。
またフルタイム四駆は後輪も摩擦していますが、スタンバイ四駆は後輪は抵抗になってしまいます。このようにフルタイム四駆が駆動力とトラクションの点で有利な理由としてタイヤの回転数だけでなく使える摩擦力というものが大きいということが最大の理由です。

電動モーター式スタンバイ四駆

電動モーター式スタンバイ四駆(生活四駆)は通常は前輪だけを駆動しています。前輪がスリップすると後輪も駆動します。トルク配分は前100:後0から前60:後40くらいまで変化するようです。前後の回転差が出た時(前輪がスリップした時)は後輪をモーターで駆動します。前輪がグリップし前後の回転差がなくなればまた前輪駆動に戻ります。カローラツーリングのEフォー(4WD)は前輪はエンジン、後輪はモーターで駆動します。発進時と登坂時にも後輪を駆動します。時速70キロ以上ではモーター駆動はしなくなります。繰り返しますが、通常は前輪だけを駆動しスリップすると後輪を駆動し、基本的に発進時と登坂時と前輪タイヤがスリップした時だけ後輪を駆動させようという発想です。これは主に燃費とバッテリー消費を節約するためです。減速時は前輪駆動(FF)になりバッテリーに充電します。

スタンバイ四駆

スタンバイ四駆(生活四駆)は通常は前輪だけを駆動しています。前輪がスリップすると後輪も駆動します。トルク配分は前100:後0くらいから前50:後50くらいまで変化します。実際は少し前より前60:後40くらいまでのようです。前後の回転差が出た時(前輪がスリップした時)はセンターにある流体カップリング(初期はビスカスカップリング)で回転差がなくなるようにそれぞれがひっぱられて後輪が駆動されます。流体駆動ロスは10%前後のようです。そして前輪の回転が減り後輪の回転が増えればまた前輪駆動に戻ります。マツダ3のアイアクティブAWD(4WD)は流体カップリングに電子制御多板クラッチを使っています。こちらはなるべく前輪がスリップする寸前で後輪の駆動を始めます。繰り返しますが、通常は前輪だけを駆動しスリップするかその寸前で後輪を駆動し、基本的に前輪タイヤがスリップした時だけ後輪を駆動させようという発想です。これは主に燃費を稼ぐためです。流体カップリングは前輪側シャフトと後輪側シャフトの間を粘度の高いオイルで繋ぎ、前輪側が回転差が大きくなると後輪側が同じ回転数になるように、前輪の回転を減らし後輪の回転を増やすように、後輪が駆動される(トルクが伝わる)というものです。過酷な条件では限界が低いとも言われます。
ただし、流体抵抗のみでは十分な駆動力を伝達することができません。そこでスタンバイ式のビスカスカップリング方式では、密閉容器の中に多板クラッチとシリコン樹脂を封入した物をエンジン搭載位置の反対側にあるデフの前に配置します。前後輪に回転差が生じると、空転によって発生する燃でシリコンが膨張することで多板クラッチが圧着され、エンジンからの動力が伝達されるという方法です。

フルタイム四駆

フルタイム四駆(常時四駆)は常に前輪と後輪を駆動します。トルク配分は半々、前50:後50が基本ですが多くはやや前より、前60:後40くらいになっています。そして前45:後55くらいまで後輪のトルク配分を上げることもありますが前70:後30くらいより下げることはありません。前後の回転差を補正するためにセンターデフを備えています。スバルインプレッサのアクティブトルクスプリットAWDはセンターデフに電子制御多板クラッチを使っています。正確にはマルチプレートトランスファーと呼んだ方がいいらしいです。繰り返しますが、常に前輪と後輪を駆動し、基本的にタイヤをスリップさせないという発想です。常に前後輪を駆動するので接地性と路面を掴む力も上がり、上り登坂力や下りブレーキ安定性が増します。前輪駆動(FF)状態ですと後輪にエンジンブレーキがかからないからです。これはヘビーな雪や氷や雨の上り坂や下り坂やカーブで威力を発揮します。

オフロードとAWD

ヘビーな雪道ならスバルのフルタイム四駆、ライトな雪道ならマツダなどのスタンバイ四駆、とおすすめしていますが、オフロードの走破性、悪路からの脱出、ということで分析してみたいと思います。あるいはスキー場への行き返りの雪の急な登り坂でも同様です。
このような時、スタンバイ四駆は前輪がスリップして空転して後輪が回転しない、そして登れない、ということがあります。フルタイム四駆は前後輪が回転してグリップして登れます。これは、スタンバイ四駆は基本FF駆動ですから前輪だけを回転させているから、ということがあります。
フルタイム四駆は四輪にトラクションがかかって、駆動力が分散して、均等にかかる方がグリップしてスリップしにくいです。さらに、登り坂では前輪はトラクションが抜けやすくなりますから、スリップしやすくなります。
そうすると、スタンバイ四駆は前輪が空転し後輪が回転しなくなります。センターのカップリングは効いていても前後のデフがオープンだからです。これはフルタイム四駆でも同様なのですが、こちらは後輪にも駆動力とトラクションがかかっていますから四輪がバランス良く回転しトラクションが分散してグリップして登れます。これは悪路からの脱出においても同様です。
さらに、雪や氷の坂道で怖いのは登りよりも下りです。登りは登れないだけだからです。下りはタイヤがグリップしないと非常に不安定になります。止まれないこともあります。
スタンバイ四駆は基本前輪にしかエンジンブレーキがかかりませんから不安定になりやすいです。フルタイム四駆は前後輪にエンジンブレーキがかかりますから安定性があります。雪や氷の下りのカーブでも安心感があります。この違いも大きいです。なお、これはスノータイヤの影響もかなり大きいです。
このようにオフロードと悪路の走破性について、スタンバイ四駆とフルタイム四駆はかなり大きい違いがあるわけですが、これは基本的に、オンロードでも同様の理屈と理論があてはまります。雨の緩い坂道のカーブでの安定性などについても同様の話があてはまります。スタンバイ四駆とフルタイム四駆の違いを感じなくてすむのは本当のドライな都会のオンロードくらいかもしれません。
ですので、万が一の時のことを考えると、スタンバイ四駆とフルタイム四駆の違いというのは、なかなか重要なポイントになると言えます。

スポーティー感と車高

スポーティー感を感じるポイントはインパネの雰囲気と車高やドライビングポジションの低さです。スポーティー感があるインパネで車高が低いクルマはシビックとレクサスIS300です。この雰囲気が一番好きです。その次はインプレッサカローラツーリングです。二番目くらいに好きです。その次はレヴォーグとWRX-S4です。三番目くらいに好きです。