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【インタビュー】「安心と愉しさを生み出す」スバルのAWD技術
新型「フォレスター」搭載のAWDについて富士重工業 スバル技術本部 榊山隆三氏に聞く
（2013/2/21 16:04）
2012年11月に発売されたスバル（富士重工業）の新型「フォレスター」。この4代目フォレスターは、スバルのSUVらしく全車駆動方式はAWD（All Wheel Drive）。搭載するトランスミッションは、自然吸気モデルは6速MTと軽量タイプのCVT（リニアトロニック）、直噴ターボモデルは高出力対応CVT（リニアトロニック）をラインアップする。
これらスバルの最新のAWD機構に関する説明会が開催され、開発に携わる富士重工業 スバル技術本部 榊山隆三氏が解説を行った。本記事では、そのプレゼンテーションと、その後行ったインタビューについてお届けする。
なお、Car Watchでは通常記事においてAWDを広義の4WD機構と捉えており、基本的には4WDと記載している。スバルでは、単純に4輪を駆動するものを4WD、4輪のトルク配分制御を採り入れた近年の車種をAWDと使い分けている。榊山氏の発言もAWDが主となっているため、本記事においては「レオーネ 4WD エステートバン」など固有名詞以外のものについてはAWDと記す。
スバル AWD技術説明
榊山氏は、まずスバルのブランド戦略について解説。スバルは現在「Confidence in Motion」というブランドステートメントを掲げており、これを実現することでスバルファン層の拡大を目指している。
榊山氏は、「水平対向のボクサーエンジン、AWD（All Wheel Drive）を実現するAWD機構、そしJNCAPでもトップクラスの安全性を証明されているボディー＆シャシーが“スバルのコアテクノロジー”であり、これによってアクティブな生活が可能になり、『安心と愉しさ』をスバルがユーザーに届けることができる」と言う。スバルのAWDは、「縦置きのレイアウトを採用しており、フロントのアクスルシャフトがきちんと長く取れるため、フロントサスペンションのストロークが長くすることができる」と、その特徴を紹介。新型フォレスターでも、その特徴が活かされているとのことだ。
また、「背の低い水平対向エンジン、トランスミッション、リアデフとのレイアウトで、優れた運動性能によるアクティブセイフティ、衝突時のエンジンのもぐりこみによるパッシブセイフティも実現している」とし、安全性にも寄与しているとのことだ。
スバルのAWDの歴史は、「1972年の『レオーネ 4WD エステートバン』の発売を皮切りに40年を超える。1981年には『レオーネ ツーリングワゴン』でATのAWDを実現。そして1989年には初代『レガシィ』の発売により、スバル車ではAWDが当たり前になった」と語る。榊山氏は1978年に富士重工業に入社し、それ以降のAWD開発に携わっている。
榊山氏はAWD機構面からスバル車の歴史を解説。「最初は、セレクトレバーによる2WD/4WD切り替え式の直結式4WD（1972年）。MTでは1986年にセンターデフを採用。1989年にはビスカスLSDとセンターデフを併用することで実用性を高めている。1994年に高出力モデル用に電子制御を使ったDCCD（ドライバーコントロールセンターデフ）機構を持つトランスミッションを追加した」と紹介し、MT車については、ビスカスLSD＋センターデフ、DCCDの2種類のAWD機構を使い分けていることになる。
一方ATは、「1981年にMPT（マルチプレートトランスファー）を使ったAWDを発売。1987年にレオーネの最後期モデルにアクティブトルクスプリットAWDを搭載し、以後はこれを高品質・高機能化することでAT用のAWDとしてスバル車の主流を占めている。もう一方の、VTD（バリアブルトルクディストリビューション）は、1991年の『アルシオーネ SVX』に初搭載されたATのAWDシステム。アクティブトルクスプリットAWDの違いは、高出力に対応しセンターデフ＋LSDを搭載することにある」と紹介する。
スバルでは、ATのトランスミッションを、トルクコンバーター＋遊星歯車のステップATから、トルクコンバーター＋チェーン式CVTのリニアトロニックに変更している。このリニアトロニックにも、軽量・高効率なアクティブトルクスプリットAWDと、高出力に対応したセンターデフ＋LSDのVTDをそれぞれ用意している。
つまり、スバルのAWDシステムは、MT用にセンターデフ＋ビスカスLSDとDCCD、AT用にアクティブトルクスプリットAWDとVTDのそれぞれ2種類があり、DCCDおよびVTDが主に高出力車に搭載されているわけだ。
AWDシステムを作り分けているのは、出力に応じた最適なものをという目的のためだ。榊山氏は「ここまでAWDにこだわるのは、スバルの“in Motion”を追求するため。“走る、止まる、曲がる”の基本性能を高めるためには、常時4つのタイヤをコントロールして、性能を最大限に発揮させたいため」「これによって“安心と愉しさ”が実現する」と言う。
しかも、「水平対向エンジンを軸としたスバルのシンメトリカルAWDであれば、軽量・コンパクト・シンプルなため、通常の2WD車と同等の燃費を実現できる」と、そのメリットを語る。榊山氏は、スバル初の4WD車であるレオーネ4WDの透視図を示し「スバルの4WDはここからそれほど変わっていません。このシステムを熟成・進化させ続けています」と、今後の方向性についての説明を始めた。
スバルは近年リニアトロニックCVTを導入しているが、AWDのトランスファーの部分については「ほとんど（ステップ）ATのものを流用している」とのこと。AWDのトルク配分制御は、「ステップAT、CVTについては油圧を使ってクラッチを制御しトルクを配分。（DCCDの）MTについては電磁クラッチを使ってトルク配分を制御している」と言う。
AWDの制御については、「第1世代の電子制御は、トラクション性能を高めるためにAWD化するとブレーキング現象が発生し、そのブレーキング現象を抑制するための制御」「第2世代は、止まる性能の向上を図るために、ABSやTCSとの協調」「第3世代は、VDC（Vehicle Dynamics Control）との協調で曲がる性能の向上」と進化を続けてきた。
この第3世代の制御システムは、インプレッサ WRX STIから投入されており、「VDCのユニットから『ステアリング切れ角』『ヨーレート』『横G』が入ってくるのでこの信号を利用して、安定性を向上させた」ものになる。CVTとの組み合わせでは、2012年に年次改良された「レガシィ」から投入され、フォレスターにも第3世代制御の最新版が組み込まれている。
今後の目標としては、「ハイブリッドAWDの市場導入」「道路環境を事前に検知して制御を行う予見制御」などを検討しており、モーター駆動を加えた形での新しいAWD制御の構築を目指すとした。
榊山氏のインタビューについては、上記解説と重複する部分があるが、より詳細な解説を行っていただいたので、ここに掲載しておく。
スバル技術本部 榊山隆三氏 インタビュー
榊山氏はレオーネのATに最初にAWDを搭載（1981年発売）したときから開発に携わっており、アクティブトルクスプリットの制御を担当した。
──初期のAWD制御の目標は？
榊山氏：当時（1980年頃）のAWDはトラクション制御が主体だったので、しっかりトラクションを出していこうというのが目標となっていました。トラクションを出していくとなにが問題になるかというとタイトコーナーでのブレーキング現象です。（トラクションが出ていると）曲がるときにどうしてもブレーキング現象が出ますので、それをどうやったらなくせるのか。トラクションの確保と、ブレーキング現象の抑制、この両立を目標に開発しました。最終的には、いかに違和感なく使っていただけるかということになります。
──具体的なブレーキング現象の解決方法は？
榊山氏：ATは、アクセル操作でどこのギア段に入っているかというのが予測できます。そのときに最適なトルク変換、ギアにどのくらい駆動トルクを伝えていけばよいのかということになります。そのために、当時からコンピュータ制御をしていました。コンピュータにデータを渡してトルク配分を変更していました。
──それは、条件ごとにあらかじめ決められたデータを渡すマップ制御ですか？
榊山氏：はい、マップ制御です。マップ制御に加えて、スリップ制御であるとか、（前後輪の）差回転での締結力を増減する組み合わせですとか。
──当時の車載コンピュータというと4bitマイコンあたりを使われていたのですか？
榊山氏：あのときから680x系の8bit CPUを使っていました。具体的にはMC6801、6803辺りになります。試作当時から4bitはほとんど使っていませんでした。8bitのCPUを使っていたのは、AWD制御専用に使っていたのではなく、その当時からATの変速制御とAWD制御を1個のマイコンで行おうと思っていたためです。
──前後のトルク配分制御の考え方ですが、スバル車はFFがベースとなっているため、開発初期は前輪100：後輪0というものだったのですか？ あとはスリップ率によって前後配分していくとか。
榊山氏：基本の考え方は、前後輪の重量配分に合わせてトルクを振り分けていくというものになります。そのため、開発初期は、前輪60：後輪40くらいから入りました。これはタイヤを一番使える領域は、重量配分に比例すると考えたためです。
基本は、この前輪60：後輪40という考え方から入っていますが、トルクを振り分ける際の抵抗なども発生するため、燃費をかせぎたい高速走行時などは、適宜トルクコントロールを行っています。
また、一般的に同じ銘柄、同じサイズのタイヤは外径も同じと思われていますが、たとえば前後の走行時点の空気圧差などでタイヤ外径は異なっています。その回転差がAWDでは抵抗となるため、この抵抗吸収用に、前後の締結力を下げる制御なども行っています。
つまり、その際はトルク配分をもう少し前側にもってきてあげるということになります。これによりブレーキングトルクも減り、結果的に全体の抵抗が下がります。
──前後のトルク配分制御がある程度確立された後、次に問題となったのはどの辺りですか？
榊山氏：ATでのトルク制御ができるようになったころ、ABSの普及が始まりました。このABSの制御と干渉せず、かつブレーキの効きをよくするにはどうしたらよいのかという取り組みを行いました。たとえば直結4WDの場合、1輪にブレーキをかけたら、前輪にも後輪にもブレーキがかかってしまいます。極端な例を挙げると、ブレーキを踏むとすぐに全輪がロックするということが起きます。そうならないためには、AWD機構の締結力を緩めてあげる必要があります。ところが締結力を完全に緩めると、車輪に対して駆動力がかかっていないため、ABSでのブレーキングが行われている際の車輪のグリップの回復がわるくなります。
車輪のグリップ力を回復するためには、車輪を回す力が働ければならないため、駆動力があったほうがより早くグリップ力が回復します。そのため、ABSのブレーキと干渉しない、そしてより早くタイヤの機能を回復させるAWD締結力の最適値を見つける作業を行いました。
これは、VDCの場合も同様ですが、VDCの機能は“曲がる”ことにあります。VDC導入時に課題となったのは、曲がるための締結力はどの程度であればよいかということ。たとえば、コーナリングの際にアンダーが出た場合、締結力を緩めたほうがよいのか、強めたほうがよいのか、そのようなことをVDCの開発部隊と一緒になって開発してきました。
──AWDはトルクが4輪に分散されるため発進性能はよいが、ブレーキに関しては「FRやFFと変わらない」と言われることが多いです。その点についてはどうですか？
榊山氏：一般的なケースで言うと、直結4WDの場合は、発進はよくなるものの、1輪の状態が前後輪に影響するためブレーキコントロールが非常に難しくなります。スバルのAWDの場合は、トルク制御を行っているため、とくに不利になることはないと考えています。先ほどお話ししたように、トルクを適切に制御することでABSがブレーキを緩めた際のタイヤ機能の回復を早めており、そこは（FFやFRに比べて）有利な部分です。
──スバルのAWD機構の場合、ATのほうがMTに比べて積極的にトルクコントロールを行っています。そうすると、ATのAWDのほうが、ブレーキ面で有利になるのでしょうか。
榊山氏：MTの場合、ギア段の違いによるエンジンブレーキの違いなど、ドライバーの積極的な操作が介入してきます。それと比較してATの場合、変速比などを含めてある程度機械のコントロール下におけます。MTの考え方としては、マニュアルの機械式で、常に同じ動きをしたほうがドライバーが安心感を得られるだろうという考え方です。MTを選ばれるお客さまの場合、場面によって動きが異なるのを好まないためです。
つまり、ATは自動である程度コントロールを行い、MTはドライバーが分かりやすいように（ドライバーがコントロールしやすいように）、メカニカルにきちんと動くようにしています。
──現時点で、スバルのAWD開発は完成形なのですか？
榊山氏：AWD制御という意味では、ある程度完成形に近づいています。ただ、「もっと効率をよくするには」「もっと燃費をよくするには」「もっと軽くするには」という開発テーマはずっと続くと思います。
──現在、スバルはリニアトロニックCVTの導入を進めていますが、これまでのステップATのAWD制御と異なる部分があるのですか？
榊山氏：基本はこれまでのステップATのものと同じです。機構も同じですし、制御的にも異なる部分はありません。AWDのトルク制御の考え方として、エンジンからトランスファーに入るトルクを見ながら制御を行うというものです。そこの部分は、CVTであろうともステップATであろうとも変わらないので、大きくは変わっていません。ただ、CVTの場合トルクを無段階に変えていくので、その部分が段のあるステップATと異なっています。
──今後のMTのAWD制御に進化はありますか？
榊山氏：MTに関しては、一段落かなと感じています。たとえばトルセンデフを使うなどしましたが、一般的な使われ方としては、センターデフ＋ビスカスLSDで十分だろうと思っています。
──スバルは、先進安全運転支援技術「EyeSight（アイサイト）」搭載車が人気となっています。このEyeSightはブレーキコントロールを行っており、EyeSightとAWD制御の連携は図られているのですか？
榊山氏：現状ではEyeSightとの連動制御は行っていません。また、EyeSightの状況把握によるAWD制御ですが、これも現時点ではいつから可能になるかなど言えませんが、可能性はあると思います。
たとえば、今回のフォレスターには急坂など条件のわるい道で効果を発揮するX-MODEを搭載しています。これはAWDの締結力を強める制御を行っているのですが、現在はお客さまが判断してX-MODEに切り替えています（40km/hを超えると、ブレーキング現象の影響が強くなるため自動解除）。この判断をEyeSightなどの情報によって行えるのであれば、将来的に（AWDのモード切り替え、つまり制御ロジックの変更）あり得るのかもしれません。
──X-MODEですが、これは一般的なAWDシステムでは不得手とされる対角線のトルク抜け（右前輪と左後輪が浮くような状態）などに対応するものと思われますが、特別な制御が行われているのですか？
榊山氏：フォレスターの場合、左右輪の機械的なLSDは持っていません。では、どうやって左右輪のトルク制御を行っているのかというと、ブレーキによってLSD効果を発生させています。そのため、タイヤが空転しブレーキをかけるという検知を行うまでの遅れが出ます。X-MODEにすることでその遅れが小さくなります。
では、それを「通常走行でも行えばよいのでは？」となりますが、そうすると今度は一般路で頻繁にブレーキLSDを行うことになり、抵抗の増大や、走りにくさ、燃費の悪化などにつながってきます。
──ブレーキLSDということは、4輪それぞれで車速を検知しているということですか？
榊山氏：はい、それぞれの車輪の車速を見ています。車速だけでなく、ステアリングの切れ角との関係なども考慮しています。さらに最新のアクティブトルクスプリットAWDでは、ヨーレート（回転方向の変化速度）まで考慮して制御しています。このヨーレートまで判断する新世代のアクティブトルクスプリットAWDは2012年に年次改良を行った「レガシィ」以降発売されたスバル車に搭載されています。もちろん新型「フォレスター」もこのアクティブスプリットAWDを搭載しています。
──ヨーレートまで考慮して制御する、新世代アクティブスプリットAWDのAWD機構としてのメリットはなんですか？
榊山氏：クルマの回転方向まで見ていますので、クルマの曲がる方向を捉えながらの制御が可能になっています。これにより、スライドと回転方向の関係が分かります。ステアリングの切れ角も見ていますので、たとえばステアリングを切っている方向に対してヨーがどの程度発生しているのか分かり、（本来発生しているべき）ヨーとの補正をするために、前後の駆動力をどうするのかといった制御が可能になります。
たとえば前輪の駆動力を多めにするとFF的な動きになり、後輪の駆動力を多くするとFR的な動きになります。さらにVDCの制御も行っています。
これらの制御は、マップ制御とフィードバック制御を組み合わせて行っています。制御のためのマップ作成は、ほぼシミュレーションで作ることができています。しかしながら、最終的には実走をして適合調整しています。現在はそのために32bit マイコンを使っています。
──将来的なハイブリッド車の可能性を、スバルはモーターショーなどのコンセプトカーで表明していますが、ハイブリッド車のAWD機構が従来のガソリン車と異なる部分はありますか？
榊山氏：ハイブリッド車に限らない話ですが、いかにAWD機構の損失を減らすのかが課題です。たとえばEV走行（モーターのみの走行）をしたときにエネルギーの損失をどれだけ減らしていくのかなどです。モーターとガソリンエンジンではトルクの出方が異なります。しかしながら、トルクベースのAWD制御を行っており、タイヤにどの程度トルクが入るのかということでは、前後輪の駆動制御を問題なく行えると思っています。
──AWD機構の損失を減らすというのは、具体的にどのようことを指すのですか？
榊山氏：まずはベアリングの低フリクション化です。次はオイルによる攪拌抵抗が大きいので、これをいかに減らしていくかになります。機械的にはその2点になります。もちろんギアの伝達効率改善や軽量化は定常業務として行っています。
──スバルではSI-DRIVEにより、走行モードを変更することが可能ですが、このSI-DRIVEと、AWD機構の協調制御は行っているのですか？
榊山氏：先ほど述べたように、AWD制御はトルクベースで行っています。SI-DRIVEでは、モード変更を行うことでアクセル開度による変速タイミングが異なり、その結果としてトルクの発生量も違ってきます。トルクの発生量が違えば、前後輪へのAWD制御も異なってきます。SI-DRIVEで、直接的にAWDの制御を変ることはありませんが、トルクベースのシステムのため、結果として異なってくる部分はあります。
──スバルのAWDシステムは、水平対向エンジン、トランスミッション、AWD機構と、出力軸が一直線に並んで構成されています。このAWDレイアウトは、将来的にはどうなっていくのでしょうか。
榊山氏：ある意味これは完成されたレイアウトだと思っています。効率的なレイアウトなので、これは変えようがないかなと。製造面から考えると、FFとAWDは後輪の駆動機構を付けるか付けないかだけなので、設計時点ではまずAWDありきで考えています。
──最後に、スバルのAWDの哲学とはなんですか？
榊山氏：安全安心を一番に考えています。そのために大切なのは、ドライバーがステアリングを切った方向にストレスなく動くことです。それはAWD機構やVDCというレベルではなく、スバルのクルマ作りが目指すものです。
