【四駆】4WD総合スレッドPart.10【AWD】

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4WDシステムは大別すると「1. パートタイム式」「2. センターデフ式」と「3. トルクスプリット式」「4. モーター式」に分けられる。

1. パートタイム式
ドライバーが任意に二輪駆動と四輪駆動の切り替えを行うことができる4WDシステムのこと。
パートタイム式にはトランスファーレバーという切り替えレバーがあり、
一般的には2WD(2H)、直結4WD High(4H)、直結4WD Low(4L)、ニュートラル(N)の4ポジションがある。
4WDモードは差動装置を持たない直結4WDのため、このポジションでの走行は主に路面の抵抗が少ない悪路専用である。
舗装路では旋回時にタイトコーナーブレーキング現象が発生するため、2WDを選択して走行することになる。

2. センターデフ式
前後トルク配分はベベルギアを使った50：50の等配分、プラネタリーギアを使った30：70などの不等配分で固定されている。
パートタイム式の4WD走行は舗装路では旋回時にタイトコーナーブレーキング現象が発生するため
4WDで走行することはできないが、センターデフ式では前輪と後輪の回転差はセンターデフが吸収するため
舗装路でも4WD状態で走行することができる。
しかしこの機構には弱点があり、デフの働きで1輪でも空転するとエンジン出力はその空転するタイヤに集まってしまう。
これではスタックしやすくなってしまうため、センターデフに差動制限装置が付けられていることが多い。
差動制限装置は、パッシブ式はビスカスLSDやトルセンがあり、アクティブ式は電子制御多板クラッチがある。
また、センターデフの差動を停止させる装置（センターデフロック）もある。

3. トルクスプリット式
パートタイム式の結合にクラッチを持たせることで回転差を吸収する仕組みとなる。
クラッチは電子制御多板クラッチやビスカスカップリングを使用するものが多い。
クラッチが滑っていない状態ではパートタイム式と同じである。

4. モーター式
エンジンとモーターによって駆動するシステム。
トヨタE-Fourや日産とマツダのe-4WDは、後輪の駆動はトランスファー→プロペラシャフトではなく、
電気に変換されてケーブルによって送られてリアのモーターを回すものになっている。
e-4WDのリアモーターはハイブリッド専用のバッテリを持たず、
リアモーターを回す際はエンジンに備えられたジェネレーターによって発電された電力を使用する。

トルクスプリット式には「3-1. パッシブトルクスプリット式」と「3-2. アクティブトルクスプリット式」がある。

3-1. パッシブトルクスプリット式
入力軸と出力軸の回転差を利用してトルクの伝達を行う装置を利用して4WDにする仕組みになっている。
トルク伝達の特性はメカの仕組みやチューニングによるところが大きく、はじめからプリロードがかかっているものや
必要の無いときには完全に２輪駆動になることを目的にしたものも存在する。

3-2. アクティブトルクスプリット式
走行状態によってほぼ二輪駆動からほぼ直結4WD状態までコンピュータでコントロールされるシステム。
コンピュータ制御によってほぼ二輪駆動からほぼ直結4WD状態まで自由に設定できることから、
通常は二輪駆動を基本にするものや常に四輪駆動にしているものがあり、制御は車種によってかなり異なる。
一般的な制御は、発進時はほぼ直結4WD状態にし、発進後は回転差を許容するための弱い結合、
低速で操舵を感じたらほぼ2WD、ABSが働くブレーキならクラッチを弱めて、前後輪の回転差が大きくなれば直結4WD状態にして
その状態長く続くと2WDにしているものと思われる。

○用語解説
・デフ
ディファレンシャルギア（Differential gear）の略で、差動装置や差動歯車という意味。
これは駆動する二つのタイヤの間に取り付けられ、トルクを分配したり回転の差を調節（吸収）したりする。
ちなみに回転差を吸収することを差動という。
車がスムーズに曲がるためにはなくてはならない装置だが、弱点が存在する。
どちらか片方のタイヤが空転した場合、そのタイヤにトルクが集まってしまい、反対側のタイヤは停止してしまう。
そのため、タイヤが空転しやすい路面や地形ではスタックしやすくなってしまう。
この対策として、デフにLSDやデフロックを組み合わせてトルクの流出を防いだりする装置が存在する。

・LSD
リミテッドスリップデフ（Limited Slip Differential gear）の略で、差動制限装置という意味。
デフの「空転するタイヤにトルクが流出してしまい、反対側のタイヤは停止してしまう」という働きを制限する事ができる。
LSDは大別すると「回転差感応型」と「トルク差感応型」がある。
回転差感応型は、回転速度の差が発生すると回転の速い側から遅い側へトルクの伝達が穏やかに行われる。
これはビスカスカップリングがよく使われている。
トルク差感応型は、トルクの差が発生するとトルクの大きな側から小さな側へトルクの伝達がほぼ一気に行われる。
ウォームギア式（トルセン式）、ヘリカルギア式（トルセン式）、
スライダーカム式（ダイハツ：ダイレクトトラクション式）、カム式（スバル：シュアトラック式）などがある。

・電子制御LSD
トラクションコントロールシステム(TCS)を利用してデフのLSDと同じ効果を出すシステムや、
センターデフの差動制限装置に使われる電子制御多板クラッチのことをいう。
前者のTCSを利用したシステムは、ブレーキシステムを使うことからブレーキLSDともいわれる。
このシステムの大まかな仕組みは、車輪速センサーで空転しているタイヤを検知し、
コンピュータが空転しているタイヤにブレーキをかけて疑似LSD効果で反対側のタイヤにトルクを伝達する。
ちなみにこの装置が無くてもフットブレーキや駐車ブレーキでこれと似たようなことができるが、
アクセルを踏みながらブレーキをかけるのは駆動系に負担がかかり、不適切な操作を行うと破損する場合がある。

・デフロック
ディファレンシャルギアロックの略で、差動停止装置という意味。
デフの「空転するタイヤにトルクが流出してしまい、反対側のタイヤは停止してしまう」という働きを防ぐ事ができる。
この装置を作動させると、タイヤが完全に宙に浮くような地形を走るときでも駆動力が確保できるので、悪路走破性は向上する。
LSDと比べると、LSDはデフの差動する機能をある程度制限し回転差が発生する余地を残しているのに対し、
デフロックはデフの差動する機能を完全に停止させるので回転差が発生しない。
この装置は主にセンターデフ式のセンターデフに付けられ、
ドライバーのスイッチ操作でセンターデフの差動装置を停止させて直結4WD状態にする。
また、オフロード4WDや一部のトラックにはリアデフやフロントデフのロックが可能なものがある。

・トランスファー
FFやFRを4WD化するときに非駆動輪であった側へ伝達するトルクを取り出す装置のこと。
この装置はトランスミッションとプロペラシャフトの間に取り付けられている。
パートタイム式はこの装置で2WDと4WDの切り替えを行う。
また、オフロード4WDなどにある副変速機もこの場所にあり、切り替え操作を行うレバーはトランスファーレバーと呼ばれる。
FRベースのトランスファーのレイアウトは「3軸式」と「センタースルー式」がある。
3軸式は、入力軸、アイドル軸、出力軸の3本の回転軸が横に並ぶ。
前後のプロペラシャフトは同軸上に並びオフセット配置される。
4WD時は前後のプロペラシャフトが直結されるため高い信頼性があるといわれている。
オフロード4WDの代名詞であるジープがこれを採用している。
センタースルー式は、トランスミッションからリアプロペラシャフトまで一直線に並び、フロントプロペラシャフトはオフセット配置される。
オフセット配置されたフロントプロペラシャフトへの伝達はチェーンまたはギアで行われる。

・フリーホイールハブ（フリーアクスル）
パートタイム式の2WD走行時に、走行抵抗の軽減を図る目的で非駆動輪を切り離すための装置。
車輪とドライブシャフトを切り離す装置をフリーホイールハブといい、
フロントのドライブシャフトの片側を切り離したりデフケースで切り離したりする装置をフリーアクスル機構という。
この装置がなぜ必要なのかというのは、パートタイム式のトランスファーレバーでの操作は
トランスファー部でエンジン出力を非駆動輪へ伝えなくする措置であり、この状態で走行すると、
前輪の回転はフロントドライブシャフト→フロントデフ→フロントプロペラシャフトへと伝わってしまい、走行抵抗が増大する。
そのため、フリーホイールハブといった装置で非駆動輪と駆動伝達系の切り離し措置が必要になる。
操作方法は、車を停止させて車外に出てホイールに付けられているレバーで切り替え操作を行うのが一般的だったが、
現在のものは、車内にあるトランスファーレバーでの切り替え操作と連動してハブやアクスルの切り替えを自動で行うものが多く、
操作が簡素化されていて、一部の車種には走行中に駆動切り替え操作を行えるようにしているものもある。
ちなみに、トルクスプリット式の2WDと4WDの切り替えができるタイプにはハブやアクスルの切り離しをする機能はないため、
2WDと4WDとでは燃費はあまり変わらないといわれている。

・直結4WD（リジット4WD）
前輪と後輪の回転差を吸収する装置がないパートタイム式の4WDモードや、
センターデフ式などの前輪と後輪の回転差を吸収する装置が働かない状態にしてあることをいう。
前後輪の回転差を調節する装置はないので、悪路走行時では高い走破性と直進安定性が発揮される。
しかしグリップの良い舗装路でのコーナリング時ではタイトコーナーブレーキング現象が発生してしまう弱点がある。
また、急ブレーキ時では四輪がロックしやすくスピンしやすいというのがある。
ABSに関しても、2WDなどの車は車輪速センサーで各タイヤの回転速度を検知することが出来るが、
直結4WDの場合は四輪がロックしてしまうことから各輪の回転速度の検知が難しくなるという。

・タイトコーナーブレーキング現象（タイトコーナーブレーキ現象）
舗装路などグリップがよい路面を曲がっているときにブレーキがかかったような状態になることをいう。
これは直結4WDで発生する。
直結4WDは、前輪と後輪の回転差を吸収する装置がない、または働かない状態にさせているために起こる。
車両が曲がる際、前輪よりも後輪の方が内側を通るため、回転数が前輪＞後輪と差が出る。
直結4WDでは同じ速度で前後のタイヤを回そうとするため、速く回ろうとする前輪を駆動系を通じて後輪がブレーキをかけることになる。
この現象は駆動装置にとって悪いものであり、最悪の場合は駆動装置が破損する場合がある。
そのため、舗装路ではパートタイム式は2WDで、センターデフ式はセンターデフロックを解除して走行する。
なお、グリップの悪い雪道や砂利道などでは、タイヤがスリップしやすい路面のため駆動装置に負担がかからず問題はない。

・トルク配分
雑誌などで目にする「前後輪のトルク配分は50：50」。
これは主にエンジンから出るトルクを100とした場合の前輪と後輪へ配分するトルクの比率を表している。
センターデフ式は50：50や30：70、アクティブトルクスプリット式は0：100〜50：50などと表される。
そのため、直結4WDでも50：50と表されることが多いが、直結4WDはトルク配分は無いといわれている。
直結4WDがトルク配分が無いといわれるのは、各タイヤの加重の状態により伝達トルクが変化するためである。
トルクスプリット式ではクラッチのすべり具合を結合力によりトルク配分を制御しているが、
結合力そのものが分配率ではなく分配の上限を制御していることになる。
よってクラッチが滑っていない状態では直結4WDと同様、トルク配分が無い状態となる。

○4WDシステム解説

【パッシブトルクスプリット式】

・ビスカスカップリング式4WD
・Vフレックスフルタイム4WD（トヨタ）
前輪と後輪の間にビスカスカップリング(VC)を付けて前輪と後輪の回転差でトルクの伝達を行う。
通常走行はオイルとプレート間で発生する剪断応力によってトルクの伝達を行っているが、
スタックなどで片方が回転せず一方が激しく回転した場合はハンプ現象と呼ばれるオイルの膨張で
入力軸側のプレートと出力軸側のプレートが密着し直結4WD状態になる。

・ロータリーブレードカップリング
・フレックスフルタイム4WD（トヨタ）
前輪と後輪の間にロータリーブレードカップリング(RBC)を付けて前輪と後輪の回転差でトルクの伝達を行う。
カップリング内は多板クラッチがあるトルク伝達部とファン状のブレードがある圧力発生部に分かれている。
回転差が発生すると圧力発生部のブレードが回転して圧力が発生し、これが多板クラッチを押しつけてトルクの伝達を行う。
ブレードの形状を非対称にしたものは、入力側と出力側のどちらかの回転速度が速くなった場合は
トルクの伝達量を変えることができるので、ABSとの干渉をある程度防ぐことができる。
ちなみにこの機構は自動で直結4WD状態になる働きはない。
また、カップリング内の圧力は低いので、ケースの強度はそれほど必要ないこのことから小型軽量化が可能とされ、
このシステムは軽乗用車やコンパクトカーに多く採用されている。

・アキシャルピストンカップリング
・オートコントロール4WD（日産）
前輪と後輪の間にアキシャルピストンカップリング(AXC)を付けて前輪と後輪の回転差でトルクの伝達を行う。
4山のなだらかなカムリングと7つのピストンを備えたローター、オイルの流れを制御するバルブで構成されている。
低速と高速で伝達トルクが異なり、低速では伝達トルクが大きく、回転差が大きくなると直結になる。
高速の場合は伝達トルクが小さく直結にもならない。

・リアルタイム4WDデュアルポンプシステム（ホンダ）
リアデフ手前にデュアルポンプシステムを付けて前輪と後輪の回転差でトルクの伝達を行う。
前輪側のオイルの吐出量と後輪側のオイルの吐出量の差でクラッチの圧着を行う。
このシステムが他のパッシブトルクスプリット式にない特徴としては、前進減速時に起こる
後輪の回転が前輪の回転を上回った場合（前＜後）には4WD状態にならずABSの作動と干渉をしないことが上げられる。
伝達レスポンスの悪さは現在では改良され、初期のクラッチ圧着は回転差によりボールカムがクラッチを圧着することにより
トルク伝達を行うようになっている。

【アクティブトルクスプリット式】

・アクティブトルクコントロール4WD（トヨタ）
・オールモード4X4（日産のFFベース）
・ATTESA E-TS（日産）
・アクティブトルクコントロールカップリング4WD（マツダ）
・電子制御4WD（三菱）
・i-AWD（スズキ）
・アクティブトルクスプリットAWD（スバル）
・ハルデックスカップリング
・xDRIVE（BMW）
・911(997)（ポルシェ）
トランスミッションからの副駆動輪側への出力に電子制御多板クラッチを付けて副駆動輪へトルクの伝達を行う。
前後トルク配分の制御は、基本的には四輪の車輪速センサーやスロットル開度の情報で行われる。
一部の車種では運転操作や走行状態、路面の状態を把握するセンサーを採用することで
コーナリング時にアンダーやオーバーを抑え曲がりやすいようにトルク配分をコントロールしているものがある。

【センターデフ式】

・ビスカスLSD付センターデフ式AWD（スバル）
・xDRIVE（BMW X3(初代)）
・SS4II（三菱）
センターデフにビスカスLSDを使用して作動制限装置としたもの。
ビスカスカップリングを作動制限とすることで回転差がある状態では常に作動トルクが発生するが、
応答性はトルセンに劣る。

・クアトロシステム（アウディ）
・TRU-LOC（クライスラージープ）
センターデフにトルセンデフを使用して作動制限装置としたもの。
センターデフには前後のギア比が同じタイプのものとプラネタリギアを用い前後不等トルク配分のものがある。
トルセンはリニアにトルク差に応じて即時にリニアに拘束力を発生するが、空転等のトルク抜けが発生してしまうと拘束も外れてしまう。

・TRACK-LOC（クライスラージープ）
センターデフに多板クラッチを用いたメカニカルLSDを使用して作動制限としたもの。

・電子制御フルタイム4WD i-Four（トヨタ）
・ACD（三菱）
・VTD-AWD（スバル）
・DCCD（スバル）
・カイエン（ポルシェ）
・4MATIC（ベンツ）
・ランドローバー
・ELSD（クライスラージープ）
センターデフに電子制御の多板クラッチをと差動制限装置として組み合わせたもの。
車輪速やGセンサー、ハンドル舵角、アクセル開度などのセンサー情報を元にコンピュータがセンターデフの差動制限装置をコントロールしている。
差動制限装置をコンピュータ制御で能動的に変化させることができることからセンターデフのギア比で設定されたトルク配分から直結4WDまでの変化になる。

【その他】

・SH-AWD（ホンダ）
Super Handling AWDの略で、「四輪駆動力自在制御システム」というもの。
このシステムは、後輪左右に独立したる二つのダイレクト電磁クラッチとプラネタリギアを設け、クラッチの滑らせ具合をコントロールすることにより
左右の伝達トルクを制御するもの。ちなみにリアに一般的なデフはない。
また、レジェンドではプロペラシャフト手前の2段ある増速機構があるのが特徴。
2段の増速機構によりコーナリング時には後輪側をより速く回すことによって外側の車輪に多くの駆動力を伝達する。

良くある質問

Q1. 4WDとAWDって違うの？
A. 4WDは「4 Wheel Drive」の略で、四輪駆動っていう意味。
AWDは「All Wheel Drive」の略で、全輪駆動っていう意味。

Q2. 50：50と直結4WDって同じでしょ？
A. 違う。
50：50は、前輪と後輪のトルク配分の比率を表してる。
直結4WDは、前輪と後輪の回転差を吸収する装置がないものや前輪と後輪の回転差を吸収する装置が働かない状態にしてあることをいう。

Q3. スバルのVTDーAWDとアクティブトルクスプリットAWDの違いって、トルク配分だけでしょ？
A. もっと正確にいうと、センターデフの有無である。
VTD-AWDはセンターデフのおかげで常に四輪駆動状態で走ることができるが、
アクティブトルクスプリットAWDは状況によって前輪駆動で走ることになるときがある、という大きな違いがある。

Q4. 高級車が採用する4WDシステムのi-Four、アテーサET-S、SH-AWDの中で、どれが一番優れてるの？
A. あまり変わらん。でもこの中で唯一センターデフがあるi-Fourは信頼性の面では他より少し上か？

Q5. 普段フルタイム式に乗っててなにか良かったことってあった？
A. 発進時と脱輪