四駆の欠点解消なるか マツダの“考える四輪駆動”i-ACTIV AWD
マツダは現在、四輪駆動のシステムのブラッシュアップを着々と進めている。昨年末マツダは、「i-ACTIV AWD」のメディア試乗会を北海道で行った。下はデミオから上はCX-5やアテンザまでマツダのAWDフルラインが用意され、多数のエンジニアが参加した技術説明会と、剣淵（けんぶち）町のマツダのテストコースの他、一般道も含めたテスト走行が行われたのだ。今回はそのi-ACTIV AWDの技術説明と試乗テストの様子をお届けする。
四駆のタイプは3つある
あなたは四輪駆動に興味があるだろうか？ 実は一口に四輪駆動と言ってもとても様々なシステムがあって、目的も考え方もそれぞれ違う。市販されているクルマの四輪駆動車を整理すると大きく分けて3つある。
四輪駆動の原初とも言えるのが、いわゆる「クロスカントリー四駆」だ。軍用に開発されたジープを源流とするこのシステムは、本来道なき道を走るためのもの。レンジローバー/ランドローバーもこのジープを参考に設計されているし、日本が誇るジムニーもまた同様だ。泥濘地や岩場など悪路の走破性を第一に設計され、その分環境の整った舗装路での性能には多少の妥協はやむを得ないと割り切られてきた。近年は日常使用に寄せた配慮が進み、だいぶ乗用車として使いやすくなりつつあるが、それでもまだ乗り心地や高速性能、燃費、騒音などでは不利な部分もある。
二つ目はクルマの機動性に特化した「速く走るための四輪駆動」だ。日産（スカイライン）GT-Rやランサーエボリューション、スバル（インプレッサ）WRXなどがこれに該当する。世代やクルマによって多少の差はあるが、基本的にはヨーレイトセンサーと呼ばれるクルマの自転速度変位を測定するセンサーの情報を元に、4つのタイヤに電子制御でトルクを配分することでクルマの向きを変え、コーナリング能力を高めるシステムだ。
さて上に挙げた2種類のシステムは、どちらもクルマとしてかなり特殊な用途のものだ。一般的に家族向けのファミリーカーとして選ばれるものではない。日本の四輪駆動の主流は「生活四駆」と呼ばれるものだ。荒野や砂漠を走るためではなく、サーキットでライバルを蹴散らすものでもない。降雪地帯で冬の移動の自由を確保するために、氷雪上でも走れる四輪駆動が切実に求められているのである。地域によっては降雪時の走破性が低ければ、場合によっては命に関わる。その一方、どんな雪国でも夏の間は普通の舗装路を走ることになるので、その場面ごとのバランスがエンジニアをずっと悩ませて来た。
エンジニアを悩ませてきた欠点
なぜかと言えば、四輪駆動にはいくつかの欠点があるからだ。摩擦が低い場所では4つのタイヤを有効に使うしかないために駆動力を全てのタイヤに配分する。しかしこの状態で摩擦の高い場所を走ろうとすると、「タイトコーナーブレーキング現象」が起きてしまう。ハンドルをいっぱいに切って曲がろうとすると、4本のタイヤが描く軌跡距離が変わり、4輪の回転速度差が大きくなりすぎて矛盾が起こり、ブレーキをかけたように動きが渋くなってしまう。路面の摩擦が低ければ、この軌跡の矛盾はタイヤがスリップして解決してくれるが、摩擦が大きい路面では逃げ場がなくなるのだ。
これを回避するために、クロスカントリー型の四駆は二駆と四駆を切り替えるシステムを装備していて、ドライバーは良路では二駆を、悪路では四駆を選択することができた。しかし、これではドライバーがいちいち判断して操作しなくてはならないので、路面状況の急変などには対応できない。陽が当たる斜面はドライの舗装路だが、コーナーを回ったらアイスバーンなどという場面は日常的に存在するのだ。
それを解決したのが、前後輪の速度差を吸収する「センターデフ」という機構だ。センターデフには方式別にいくつかの選択肢があるが、様々なシステムが並立しているということは、それぞれに一長一短があるということでもある。この優劣を全部説明するとあまりに長くなるので、省略するが、方式によっては走破性が不足しがちだったり、フィールが自然ではなかったり、コストが高かったり、重くなったり、燃費が悪くなったりという具合である。
生活四駆の場合、コストは重要である。GT-Rのような高機動型の四輪駆動は「速く走る」という目的のために高額でも許される傾向にあるが、生活四駆の場合、顧客はものすごいメカニズムを求めているわけではない。滑りやすい路面をちゃんと走れるなら当然安い方が嬉しい。コスト面で言えば燃費もそうだ。本来2つのタイヤを駆動すれば事足りるのに、気候的なハンデのせいで4輪を駆動しなくてはならない時があるだけなのだ。悪路での駆動力を求めて複雑な仕組みにすればするほど、回って擦れる部分が増え、加減速させる重量物が増え、重量が増えるのだから、当然その分燃費は悪くなる。かと言ってシンプルなシステムでは悪路性能が限定的になる。そうしたデメリットを取捨選択して、各社各様にシステムを構築する状態が長く続いた。
ということで、四輪駆動の課題を整理しよう。
■悪条件下
・きちんと駆動すること
・自然なフィールであること
・特別な操作を必要としないこと
■良条件下
・タイトコーナーブレーキング現象が起きないこと
・無駄なエネルギーロスが起こらないこと
・騒音振動などが大きすぎないこと
■切り替え時
・特別な操作を必要としないこと
・極端に特性が変化しないこと
要するに四輪駆動は良路と悪路ふたつの局面で、それぞれ違う性能が求められ、しかもその両方を瞬時に行き来するので、最適化するのがとても難しいのだ。
駆動力配分をリアルタイム最適化
という長い現状説明の後に、ようやく本題に入れる。マツダはこれらの状況を改善するための新しい四輪駆動システムを開発した。i-ACTIV AWDと名付けられたこのアクティブ・オンデマンド四輪駆動システムについて説明していきたい。
マツダが何をやったかと言えば、ざっくりと言うと電子制御による駆動力配分のリアルタイム最適化である。前述のセンターデフ各方式の様々な問題点を、電子制御で良いとこ取りすると言い換えても良い。マツダは「パッシブ・オンデマンド式の粘性（ビスカス）カップリングを電子制御多板クラッチに置き換えたシステム」だと説明している。さらにマツダの言葉を借りれば「人間が、認知・判断・操作できない部分をクルマ（i-ACTIV AWD）が肩代わりするということになる。その結果「どんな道でも安全・安心」にするのだと言うのだ。
機械的構成を見れば、リヤデフに組み込んだ多板クラッチ式センターデフを電子制御の電磁石で適宜圧着する方式である。仕組みを言葉にすると簡単だが、それをどういう場面でどのくらい圧着させるかは、条件分岐が極めて複雑で、全自動であるが故に、その制御のケース分岐を徹底的に解明しておかないと変な時に変な作動をしてしまう。
マツダはまず制御の原則をマツダのクルマ作りの哲学までセットバックして考えた。これがまたマツダらしく暑苦しい。「安全に安心していられるからこそ、楽しみを感じられる」「環境・社会に対して優しいからこそ、楽しみが感じられる」「だからこそ、走る歓びを感じられる」。それは「人間中心主義」だと言うのだ。
「少しも滑らせない技術」を構築
これだけではよく分からない。括弧書きの言葉全体を束ねるにはもう少し説明が必要だ。マツダの言う人間中心主義の機械とは、人間の出来ないことをバックグランドでこっそりリカバーするということだ。そのために「少しも滑らせない」ように「路面状態」「ドライバーの意図」「車両状態」を先読みして備える「認知」技術を構築したのである。
「少しも滑らせない」ためには、人が関知できない微少なスリップをセンサーで感知し、瞬時にトルクを後輪に流す。それによって前輪のスリップを未然に防止する。具体的にはパワーステアリングにセンサーを仕込み、路面からの反力を常時監視する。これが急減少すれば、前輪が微少スリップを始めたと見なす。
ただしこれだけでは不十分だ。もっと徹底した分析をしてケース分岐の精度を上げなくてはならない。そこで各種センサーを総動員する。アクセルの開度に対する加速量で勾配を、温度センサーで路面の状態を、ワイパースイッチによって降雨/降雪状況をという具合に無数のデータを取って条件分岐を見定める。これを1秒間に200回演算して、リアルタイムに必要なトルクを無段階でリヤに配分する。
先ほど「瞬時にトルクを後輪に」と書いたが、通常、生活四駆は燃費性能の向上とタイトコーナーブレーキング現象の抑制のためにフロントの2輪を駆動しており、滑ったら後輪を駆動するようになっているものが多い。そのオン/オフを瞬時にと言っても無理がある。ましてや秒間200回も演算したところで、機械的な切り替えがそれについて行かれない。
要は「切り替えるからいけない」のだ。かと言って最初からトルクを流しておけば前述の通りロスが生じる。そこでマツダはトルクを流す量を徹底的に減らして行った。具体的には1%に抑えたのである。こうなると実質的にリヤにはトルクは流れていないに等しいが、それでもオフからオンにするという制御はいらない。オンにした時にギヤなどのガタ（バックラッシュ）で生じる振動や衝撃もなくなり、それによる駆動力の急変も抑えられる。トルクの増減だけなら秒間200回の制御をすることも可能だ。
これはもちろん自然なフィールを目指して開発されたのだと思うが、マツダが力説するメリットはもう一つある。それは「滑らせるから無駄が生じる」ということだ。滑りやすい路面でタイヤが空転するということは、その駆動力は無駄になっている。これを余すことなく路面に伝えられたら、効率が向上して燃費が良くなるはずである。だから滑りやすい路面では「滑らない四輪駆動の方が二輪駆動より燃費が良い」というのがマツダの主張である。確かにその可能性はある。グリップの良い路面で二輪駆動の燃費を上回るのは流石に難しいだろうが、積雪期間の長いエリアで考えると、もしかしたら年間を通した燃費で二輪駆動を上回る可能性も出てくる。
マツダがここで燃費の話を強調するのは、燃費の問題を四輪駆動方式の重大な課題と捉えているからで、今回のシステムでは、駆動系にかかる負荷を徹底的に計算して小型軽量化を狙った。リヤデフの歯車の接触面積を解析してギヤサイズを軽自動車並みに小型化したり、アルミダイキャスト製のデフケースの応力解析をして補強リブを最小限かつ薄肉化することも進めた。またギヤが宿命的にかき混ぜるデフオイルの流れを整流板で整えるなどの対策がなされたと言う。ここまで小型軽量化できた理由を聞くと、エンジニアは「クルマのライフスパンを見通した上での余剰を徹底的に減らしたからです」と答えた。
これらの制御が緻密であればあるほど大事になるのはシャシーの性能だ。シャシーが悪ければタイヤが正しく接地できない。そうなれば秒間200回の制御に意味はなくなる。だからマツダのエンジニアは「i-ACTIV AWDが機能するのはSKYACTIV-CHASSISがあればこそです」と言うのである。
従順な四輪の駆動制御
さて、理詰めの話はそれとして、実際に乗ってみて良くなければ意味がない。北海道のマツダ剣淵テストコースで試してみた結果、確かにマツダの主張するようなものになっている。例えば、新雪の上り坂で、ステアリングをフルロックまで切って発進するというかなり意地の悪いテストでも、極めて素直に動き出すことができる。
さらっと読むと当たり前だと思うかもしれないが、これまでの四駆はそうなっていなかった。アクセルを踏むとまずは前輪がずるりと滑り、外側へ頭を振る。それからトルクがリヤに移って、イヤイヤをするようにノーズを左右に振りながら前へ進み始める。この辺りのマナーの向上はかなり大きいと感じた。
あるいはスラロームコースでは適切な進入速度の管理さえ出来ていれば、回頭後リヤがスムーズに滑り出し、アクセルで簡単に車両の向きのコントロールができる。雪道に慣れていない筆者は最初のテストで速度オーバーで進入してしまったが、その場合でもフロントがドリフトアウトするだけで、姿勢の乱れ方が途中で変わることはなかった。
登坂途中で停止してからの再発進も、ただアクセルを踏むだけでトラクションがかかる。全体に極めて従順な印象で、システムの介入に気づかされることもなく、自分の運転が上手くなったように感じた。
その後、CX-5を借り出して一般道を2時間ほどドライブしてみた。テストコースのような無茶はしていないが、多分状況的にはコース内より幅広い変化があったはずだが、全てを難なくこなした。
現在、様々な方式が入り乱れている四輪駆動システムはもしかしたらこの方向へ統合されていくのかも知れない。マツダはこのシステムをコモンアーキテクチャー（基本構成）として、全ての車種に同じ構成のまま組み入れると言っている。
しかもこの技術は今後おそらく、枠組みを超えて多くの発展を見せるだろう。マツダの提唱するバックアップ型の自動運転システムとも相性が良さそうだし、二輪駆動のトラクションコントロールやスタビリティコントロールにその一部が活かされていくこともあるだろう。今後のマツダにとって大きな意味を持つ技術になりそうである。
