前輪駆動
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前輪駆動（ぜんりんくどう）とは車輪を有する輸送機器の駆動方式で、前後の車輪のうち前方の車輪を駆動する方式である。フロントエンジン・フロントドライブ方式、略してFF方式とも呼ばれる。前輪駆動と対比される駆動方式は後輪駆動である。
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[編集] 概要
21世紀初頭時点では、乗用車を中心とする四輪自動車に広く用いられる。トランスミッションとエンジンの搭載方法は1970年代以降、主に横置き配置が用いられるようになっているが、それ以前からの歴史がある縦置きの例も若干が残っている。
「後部エンジン・前輪駆動」も前輪駆動に入るが、一般の自動車（乗用車やトラックなど）ではこのレイアウトにするメリットがないため存在しない。しかし、二輪駆動のフォークリフトでは、運転席下部や後部にエンジンを搭載し前輪を駆動する方式が主流である。エンジン自身をカウンターウエイトにするためと、用途上バックで運転することが多いからである。
四輪自動車以外にも、オートバイやオート三輪にも前輪駆動のものが希ではあるが存在した。その多くは前輪真上ないし側面にエンジンを搭載し、チェーン駆動もしくはタイヤハブをローラーで摩擦駆動するものであったが、操縦性の制約や駆動摩擦力を得るための荷重不足によって一般化はしなかった。簡易車両が主流を占めたこれら前輪駆動オートバイの中でも特異な例外的大型車はドイツのメゴラ (de:Megola 1921) で、640ccの星型5気筒エンジンを前輪内に搭載し、変速機やクラッチもなしに前輪を直接駆動した極めて異様なオートバイであった。
自転車は、19世紀、チェーンによる後輪駆動が確立される以前には、前輪を直接ペダル駆動するものが多かったが、後輪駆動車が普及してから遙か後年、リカンベントの一部、補助動力付き自転車の補助動力等で、前輪を駆動するものが出現している。
[編集] 沿革
最初の「前輪駆動」と言える車は、世界最初の自動車でもあるキュニョーの砲車であった。キュニョーの砲車は三輪（前1輪、後ろ2輪）で前部に動力源（蒸気機関）を持ち前輪を駆動する（詳細はキュニョーの砲車を参照）。この当時はそもそも比較する対象がいなかった（世界最初の自動車のため他の方式が存在しなかった）ために前輪駆動・後輪駆動という分類自体がなかったわけだが、いずれにせよ前輪駆動は自動車の歴史の中でもっとも古い方式であるが、蒸気自動車やその後の内燃機関式自動車ではなかなか主流にはなり得なかった。省燃費性・経済性・走行安定性において優れていたが、後輪駆動方式に比べ技術的に難しかったからである。[1]
自動車が本格的に普及し始めた19世紀末は、プロペラシャフトのジョイント技術の未熟から、旋回時、舵角の付いた前輪に円滑に駆動力を伝達する手段が乏しかった。駆動輪を操舵しない後輪駆動方式でもサスペンションが上下するためプロペラシャフトのジョイントは曲げに対応する必要があったが、曲げ角の小さいユニバーサルジョイント（カルダン式自在継手）で十分だった。しかし前輪駆動方式はより大きな曲げ角に対応する必要がある。カルダン式自在継手を2つ組み合わせたダブルカルダン・ジョイントにすれば大きな曲げ角を得ることが出来るが、全長が長くなり動作も自動車に使うにはぎこちなかった。
1950年代までの前輪駆動車は、後輪駆動車のプロペラシャフトにも使われる十字型ジョイント（カルダンジョイント）を二つ組み合わせたダブルカルダン・ジョイントか、その圧縮形態である「トラクタ・ジョイント」「L型ジョイント」しか使うことができなかった。 それらはいずれも前輪駆動車のジョイントとしては耐久性や円滑性の面で不完全であった。
それらカルダン式よりも優れた能力を持つ、金属ボールをジョイント内に複数個配置し、ボールの面接触を利用することでジョイントが屈曲しても駆動力を等速伝達できるようにした「ボール・ジョイント」の着想は、既に1920年代から現れており、1930年代には「ワイス・ジョイント」「ツェッパ・ジョイント」などとして実用化されていたが、精密加工を必要とするため極めて高価で採用は一部高級車に限られ、生産性や耐久性にも課題を抱えており、普及には至らなかった。[1]
初期の前輪駆動車はジョイント技術の発達が普及の条件であった。
[編集] 初期の前輪駆動車
前輪駆動に関する理論的な解析は乏しい状態であったが、感覚的に「後輪による推進よりも、前輪による牽引の方が安定性に優れているであろう」と考えた技術者たちによって、まず1920年代にレーシングカーから前輪駆動の導入が始まった。
1925年から1926年にかけ、アメリカの自動車設計者であるハリー・ミラー (Harry Miller) による1.5リッター8気筒の「ミラー・レーサー」と、フランスの技術者ジャン＝アルベール・グレゴワール (Jean-Albert Grégoire) およびピエール・フナイユ (Pierre Fenaille) による1.1リッター4気筒の「トラクタ・ジェフィ (Tracta Graphi)」が世に送り出された。
何れも低重心シャーシと過給器付き高性能エンジンとの組み合わせでポテンシャルは高く、前者はインディアナポリス500マイル耐久レースで数年間に渡り上位入賞、また後者はル・マン24時間レースに1927年は設計者自身の手で完走、1930年には1100ccクラスの1・2フィニッシュを達成するなど、サーキットで優れた成績を収めた。更にその実績を活かして、ミラーは自動車ディーラーのエレット・ロヴァン・コードの依頼で大型高級車「コード L29」(1929年)を、グレゴワールは「トラクタ」の市販モデル(1927年)をそれぞれ開発したが、いずれも少量生産に終わっている[2]
また1920年代のアメリカでは、ミラーの成功に刺激され、大手自動車メーカーでも前輪駆動方式を検討するようになるが、ジョイントの問題から、高価なボール・ジョイントを使える少量生産の高級車のみに採用される。
特にデューセンバーグが1928年に発表した「モデルJ」はその典型で、6.9L 直列8気筒DOHCエンジンを積み前輪を駆動する方式で、華やかなカラーリングや装飾などを施し、世界中の王族や映画スターに向けられて販売された。そのためモデルJは「アメリカ車史上、もっとも華やかな高級車」とすら言われている[1]。
[編集] 前輪駆動車の普及へ
大衆向けの量産前輪駆動車の最初は、1931年にドイツで開発された500ccのDKW・F1である。この小さく経済的なミニカーの成功から、ドイツで前輪駆動車が注目されるようになり、更にその流行はフランスにも飛び火する。
1934年に発表されたフランスの中型車シトロエン・トラクシオン・アバンは、従来同様に先端前輪の縦置きエンジン車ではあったが、前輪駆動のメリットを当時としては最大限に生かした軽量低床構造で高い性能を達成し、1957年まで長く生産された。第二次世界大戦以前の前輪駆動車としては最も成功した事例と言える。以後シトロエンは前輪駆動の先駆メーカーとして広範な車種に前輪駆動を採用した。
同時期、後輪駆動車にも共通して、車両前方に荷重をかけるアンダーステア型の重量配分が普及するようになり、小型前輪駆動車ではエンジンを前車軸上や前車軸前方へのオーバーハングに配置して、駆動力不足を克服する傾向が生じる。これによって第二次世界大戦後、ヨーロッパの小型乗用車では徐々に前輪駆動が広まっていった。
[編集] イシゴニス方式とジアコーサ方式、等速ジョイント
世界の大衆車に前輪駆動が広く普及するきっかけを創ったのは、1959年に発表されたイギリス・BMCのミニと言える。それまで前輪駆動は縦置きレイアウトがむしろ主流であったが、ミニは、エンジンを横置きにし、その下にトランスミッションを二階建てに配置する方式を採用した。この横置きエンジン二階建て構造は、開発者アレック・イシゴニス (Alec Issigonis) の名を採ってイシゴニス方式と呼ばれる。
ミニがこのような配置を採ったのは、前後長（横置きなので幅とも言える）がそれほど短くない既存の4気筒エンジンをコンパクトなエンジンルームに納めねばならない制約からである。それ以前にも2気筒前輪駆動車に横置きエンジン配置の先例は多々あったが、4気筒エンジンを横置き配置するという着想は、プロペラシャフトのあるFR車では容易に採用し得ない手法であり、前輪駆動方式に著しいスペース節減効果の可能性があることを実証した。
ミニのブレイクスルーの背景には、等速ジョイントの改良も大きく寄与している。イギリスのバーフィールド社によって開発され、ミニで採用された「バーフィールド・ツェッパ・ジョイント」は、完全な実用性を備える量産型のボール式等速ジョイントであり、円滑な駆動能力によって、長年にわたる前輪駆動車の課題を克服するものであった。
ミニのバーフィールド・ツェッパ・ジョイントは車輪側に採用されたものであり、車体側（差動装置側）には在来型のカルダン・ジョイントや、不等速型ながら車体側に使用する場合は一応の実用水準を持った三叉型の「トリポッド・ジョイント」が用いられていた。それらを性能面で上回り、差動装置側使用に適した伸縮性を持つボール式等速ジョイントは、バーフィールドの原案に基づき、東洋ベアリング（現：NTN）が「ダブルオフセット・ジョイント」(DOJ)として実用化した（1966年、スバル・1000向けが最初）。
これらのボール式等速ジョイント改良は前輪駆動車の普及を助け、1960年代以降急速に全世界の自動車メーカーで小型車の多くが前輪駆動となった。
ここから更に一段飛躍し、1969年発表のイタリアのフィアット・128は、トランスミッションと直列4気筒エンジンを一直線に繋ぎ横置きするという方式を採用した。こちらも開発者ダンテ・ジアコーサ (Dante Giacosa) の名を採ってジアコーサ方式と呼ばれた。この方式は、最初から横置きを前提とした前後長（幅）の短いエンジンおよびトランスミッションを新たに開発する事で可能になったのである。ジアコーサ方式はイシゴニス方式よりも設計の自由度が高く、前輪駆動方式の決定的なシステムとなった。
現在では多くがフィアット・128に倣った横置きレイアウトを踏襲するが、縦置きにこだわり続けるメーカーも存在し、アウディとスバルがよく知られている。縦置きは四輪駆動化し易いレイアウトであり、両社とも四輪駆動車を得意としている。過去には、サーブ、ルノー、トヨタ[3]などが、比較的最近（1980年代前半）まで縦置きの前輪駆動車を製造していた。しかし、それらの車種も、その後の後継車（または発展型）ではほとんどが横置きレイアウトに変更された。
ホンダは、最初に製造した前輪駆動車（1967年のN360）から横置レイアウトであったが、1989年に発売したアコード・インスパイアでは、あえて当時既に珍しくなっていた縦置きレイアウトを採った。その後レジェンドなども同様のレイアウトを採ったが、現在ではすべて横置きに変更されている。
前輪駆動は、オイルショック以降の省燃費志向を背景として、小型車のみならず大排気量の乗用車にも広がったが、その場合にネックとなる重量の負担と、駆動力によるステアリング特性の難（トルクステア等）は、同時期に普及の進んだパワーステアリングの助けによって克服された。
[編集] 特徴
[編集] FFの長所
- 荷重が前輪に多くかかるため直進時の安定性が良く、雨や雪などの悪天候下でも、走行安定性が高い。RR方式の次にトラクションが得やすい（重積載時や登坂ではFR方式に劣る）。（トラクション・直進性）
- 床下にプロペラシャフトや独立したディファレンシャル・ギアボックスがなく、部品を減らしながら低床・平床化が図れる。（軽量化効果、静粛性・居住性の改善、コスト低減）
- 横置きエンジンの場合はパワートレインの省スペース化により、車体長の短縮と車室の拡大が容易。（居住性改善効果）
- パワートレインのモジュール化が可能で、組み立て時間の短縮や、車種を超えた流用も容易。（生産性向上、コスト低減）
- リアサスペンションの構造を簡素化できる。（軽量化・コスト低減）
- モジュール化によって、多くの自動車に採用されるようになり、それにより多くの実験結果が得られ、開発期間を短縮できる。
- 駆動力の伝達距離が短い事から省燃費走行にも向くとされ、エコカー等にも積極的に採用される。
[編集] FFの短所
- 重心の位置と駆動輪荷重（軸重配分）のジレンマ（RRや横置きMRとは傾向が異なる）。（設計自由度・運動性・操縦安定性）
- 駆動力と旋廻力を同時に前輪が負担するため、旋回時の癖、いわゆるアンダーステア特性やタックインが避けられない（その後サスペンションとタイヤの改良により、現在では、ほぼ、問題のない操縦性を得ているが、他の方式に比べると劣る）。（運動性・操縦安定性）
- 同様の理由で高出力・大車重に向かない。
- 操舵中、角度のついた自在継ぎ手に力が加わることによるトルクステア（現在ではほぼ解消）。（ハンドリング）
- 駆動力の着力点と装舵の着力点のずれによるワンダリングが発生しやすい（設計により解消できるが、サスペンションのジオメトリーやホイールオフセットを改造・変更した場合などは発生する）。（操縦安定性）
- 低級振動が出やすい（高級車に採用しにくい）。特に横置きの場合、車体の曲げ方向に働く振動（エンジンによるバイブレーションやスナッチ）を抑えることが難しい。最近では電子制御エンジンマウントの普及もあり、振動減少に大きく貢献している。（静粛性・居住性）
- 縦置き、横置きにかかわらず、自在継手を用いる構造から、前輪の切れ角が大きくとれず、旋回半径が他の方式と比べて大きくなりがち。（取り回し）
- 横置きエンジンの場合、パワートレインの横幅が増すことによる前輪切れ角の減少（左右の切れ角が同じにならない場合もある トランスミッションの配置により差がある）。（ハンドリング）
- 横置きエンジンの場合、左右のドライブシャフトの長さが均一でないことが多いため、急発進時に左右の歪み率の違いによるトルクステアが起こりやすい。（操縦安定性・直進性）
[編集] 関連項目
[編集] 脚注
- ^ い ろ は 武田隆 『世界と日本のFF車の歴史』 グランプリ出版 2009年5月25日 p.9-11, 32, 33
- ^ 若手設計者コンビによる小型レーサー「トラクタ」開発で前輪駆動が導入されたのは、資産家で主たる出資者でもあったフナイユが「前輪駆動に優位がある」と（根拠もなく直感で）強硬に主張したためである。彼は前輪駆動車用に、不等速型ジョイントで耐久性に難があるが、コンパクトで製造しやすい「トラクタ・ジョイント」も考案した。後輪駆動を想定していたグレゴワールはフナイユの主張にやむなく前輪駆動車を設計したが、完成した試作車を運転して高いポテンシャルに驚嘆し前輪駆動派に転向、以後1950年代に至るまでのフランス自動車界で、前輪駆動車開発を主導した。
- ^ ターセル、コルサなど。
最終更新 2009年11月26日 (木) 11:34 （日時は個人設定で未設定ならばUTC）。
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