四輪駆動

ジープ・ラングラー（写真はTJラングラー）は、ローレンジまたはハイレンジの四輪駆動を選択できるトランスファーケースを備えた4WD車です

四輪駆動（ 4×4、フォー・バイ・フォー）または4WDとも呼ばれる四輪駆動は、2軸の駆動系で、すべての車輪に同時にトルクを伝達できる車両です。フルタイム駆動またはオンデマンド駆動があり、通常はトランスファーケースを介して接続され、追加の出力軸と、多くの場合、追加のギア比を提供します。

定義

四輪駆動システムは、様々な市場で開発され、様々な車両プラットフォームで使用されています。様々なアーキテクチャと機能を説明する、普遍的に受け入れられた用語集はありません。[ 1 ]様々なメーカーが使用する用語は、エンジニアリング上の考慮事項ではなく、マーケティング上の考慮事項やシステム間の重要な技術的違いを反映していることがよくあります。[ 2 ] [ 3 ] SAEインターナショナルの規格J1952では、「全輪駆動」という用語のみを推奨しており、さらに、量産車に搭載されているすべてのタイプのAWD/4WD/4x4システムをカバーするサブ分類が推奨されています。[ 4 ]

4×4

「フォーバイフォー」または「4×4」は、一般的に車両のクラスを指すためによく使用されます。構文的には、最初の数字は車軸の総数を示し、2番目の数字は駆動される車軸の数を示します。したがって、4×2は、エンジントルクを2つの車軸端のみに伝達する4輪車を意味します。前輪駆動の場合は前の2つ、後輪駆動の場合は後ろの2つです。[ 5 ]同様に、6×4車両は3つの車軸を持ち、そのうち2つがそれぞれ2つの車軸端にトルクを供給します。この車両が2つの後車軸に2つの後輪を備えたトラック、つまり実際には10輪ある場合でも、その構成は6×4と表記されます。第二次世界大戦中、米軍は通常、スペースと大文字の「X」を使用して、「4 X 2」または「6 X 4」と表記していました。[ 6 ]

トランスミッションから後車軸（右）と前車軸（左）に動力を送るセンタートランスファーケース

4WD

四輪駆動（4WD）とは、2つの車軸から4つの車軸端にトルクを供給する車両を指します。北米市場では、一般的にオフロード走行条件に最適化されたシステムを指します。[ 7 ]「4WD」という用語は、通常、 2WDと4WDの動作モードを手動または自動で切り替えるトランスファーケースを備えた車両を指します。[ 8 ]

AWD

全輪駆動（AWD）は、歴史的には四輪車の「四輪駆動」、6×6の「六輪駆動」などと同義であり、少なくとも1920年代にはそのように使用されていました。[ 9 ] [ 10 ]今日、北米では、この用語は大型車両と小型乗用車の両方に適用されています。大型車両を指す場合、この用語は、フロントとリアのドライブシャフトの間に差動装置を備えた2×2、4 ×4、6×6、または8×8のドライブトレインシステムにおける「永久多輪駆動」を意味するようにますます適用されています。[ 11 ]これは、差動装置が異なる速度で回転することを可能にする、ますます油圧ベースの何らかの滑り止め技術と組み合わせられることが多く、それでもトラクションの弱い車輪からより強い車輪にトルクを伝達することができます。一般的なAWDシステムはあらゆる路面でうまく機能しますが、より過酷なオフロードでの使用は想定されていません[ 11 ]軽乗用車のAWDシステムを説明するために使用される場合、それはオフロード用途ではなく、4つの車輪すべてにトルクを（恒久的にまたはオンデマンドで）適用するか、オンロードの牽引力と性能（特に悪条件）を向上させることを目的としたシステムを指します。[ 7 ]

一部の全輪駆動電気自動車では、各車軸に1つのモーターを搭載し、前後車軸間の機械的な差動装置を不要にしています。その一例が、テスラ モデルSのデュアルモーターモデルで、2つのモーター間のトルク配分を電子的に制御します。[ 12 ]

SAE国際規格J1952によれば、AWDは上記のすべてのシステムを指す推奨用語です。この規格では、AWDシステムを3つのカテゴリーに分類しています。[ 4 ]

パートタイムAWDシステムでは、ドライバーによるセカンダリーアクスルとプライマリーアクスルの連結と分離が必要であり、センターデファレンシャル（または類似の装置）は備えていません。定義では、パートタイムシステムは航続距離が短い場合があるとされています。

フルタイムAWDシステムは、センター（インターアクスル）デファレンシャルを介して前後の車軸を常時駆動します。このデファレンシャルのトルク配分は、センターデファレンシャルの種類に応じて固定または可変です。このシステムは、あらゆる路面状況や速度で使用できます。この定義では、ローレンジギアの有無については規定されていません。

オンデマンドAWDシステムは、アクティブまたはパッシブカップリングデバイスを介して、あるいは「独立駆動駆動システム」によって二次車軸を駆動します。規格では、場合によっては二次駆動システムが車両の主駆動力も提供する場合があると規定されています。一例として、一次車軸が内燃機関で駆動され、二次車軸が電動モーターで駆動されるハイブリッドAWD車が挙げられます。内燃機関が停止すると、電動で駆動される二次車軸が唯一の駆動車軸となります。オンデマンドシステムは、トルクが二次車軸に必要になるまで、主に一方の駆動車軸のみで機能します。トルクが必要になった時点で、パッシブまたはアクティブカップリングのいずれかが二次車軸にトルクを送ります。

上記の主要な分類に加えて、J1952 規格では、次のように指定される合計 8 つのシステムとなる二次分類が規定されています。

  • パートタイム非同期
  • パートタイム同期
  • フルタイム固定トルク
  • フルタイム可変トルクパッシブ
  • フルタイム可変トルクアクティブ
  • オンデマンドシンクロ可変トルクパッシブ
  • オンデマンドシンクロ可変トルクアクティブ
  • オンデマンド独立駆動可変トルクアクティブ

デザイン

デファレンシャル

ランボルギーニ・ムルシエラゴは、後輪がスリップした場合にビスカスカップリングユニットを介して前輪に動力を供給するAWDシステムを搭載しています
HMMWVは、手動でロック可能なセンターディファレンシャルと、フロントとリアの両方にあるトルセントルクセンシングディファレンシャルを介して、すべての車輪に（連続的に）均等に動力を供給する 4WD/AWD です。

同じ車軸（ただし、車軸の両端は反対）に固定された 2 つの車輪は、車両がカーブを曲がるとき、異なる速度で回転する必要があります。これは、カーブの内側にある車輪は、同じ時間内に反対側の車輪よりも移動する必要がある距離が短いためです。ただし、両方の車輪が同じ車軸ドライブシャフトに接続されている場合は、常に互いに対して同じ速度で回転する必要があります。カーブを曲がるとき、これにより、可能であれば、見かけの距離をバランスさせるためにいずれかの車輪がスリップするか、不快で機械的にストレスのかかるホイール ホップが発生します。これを防ぐために、機械式または油圧式の差動装置を使用して、車輪が異なる速度で回転できるようにします。これにより、1 つのドライブシャフトが、差動装置から車輪につながる 2 つの出力シャフト（車軸）を異なる速度で独立して駆動できます。

デファレンシャルは、角速度（回転速度）を2つの出力軸の平均がデファレンシャルリングギアの角速度と等しくなるように、角力（トルク）を均等に分配することでこれを実現します。動力伝達時には、各車軸に左右の動力を分配するためのデファレンシャルが必要です。4輪すべてに動力が分配される場合は、3つ目のデファレンシャル、つまり「センター」デファレンシャルを使用して、前車軸と後車軸に動力を分配することができます。

説明したシステムは、さまざまな運動力に対応して動力を均等かつスムーズに分配できるため、非常に優れたハンドリング性を実現しており、スリップの可能性は低いです。ただし、いったんスリップすると、回復は困難です。たとえば、4WD 車の左前輪が凍結した路面でスリップした場合、スリップした車輪は、その車輪のトラクションが低いため、他の車輪よりも高速で回転します。デファレンシャルは各ハーフシャフトに等しいトルクをかけるため、他の車輪の動力は、たとえトラクションが良好であっても低下します。この問題は、駆動輪がトラクションのほとんどない路面に置かれているか、地面から離れている場合に、2WD 車と 4WD 車の両方で発生する可能性があります。この単純な設計は 2WD 車ではかなりうまく機能します。4WD 車ではかなり受け入れがたいものです。4WD 車はトラクションを失う車輪が 2 倍あるため、この問題が発生する可能性が高くなるからです。また、4WD 車はトラクションが低下した路面を走行する可能性が高くなります。ただし、トルクは 2 つの車輪ではなく 4 つの車輪に分割されるため、各車輪には 2WD 車両の約半分のトルクが与えられ、車輪のスリップの可能性が減ります。

滑りを防止するために、一部の車両にはセンター、フロント、リアの差動装置を独立してロックする制御が装備されている。

スリップの制限

多くのデファレンシャルは、接続された出力軸に送られるエンジン出力の量を制限する方法がありません。その結果、加速時にタイヤがトラクションの低い状況（例：砂利道や氷上での走行）のためにトラクションを失った場合、またはエンジン出力が利用可能なトラクションを上回った場合、スリップしていないタイヤはエンジンからほとんどまたは全く動力を受け取りません。トラクションが非常に低い状況では、車両がまったく動かなくなる可能性があります。これを克服するために、いくつかのデファレンシャルの設計では、スリップの量を制限するか（これらは「リミテッド・スリップ」デファレンシャルと呼ばれます）、2つの出力軸を一時的にロックして、エンジン出力がすべての駆動輪に均等に伝わるようにすることができます

ロック式デファレンシャルは、デファレンシャルの出力軸を一時的にロックすることで、すべての車輪を同じ速度で回転させ、スリップが発生した場合にトルクを供給します。これは通常、前後の車軸に動力を分配するセンターデファレンシャルに使用されます。すべての車輪を均等に回転させるドライブトレインは通常、ドライバーの負担となり、ハンドリングに問題を引き起こしますが、車輪がスリップしている場合は、そのような問題が発生することはありません。

工場出荷時に最も一般的に取り付けられている 2 つのロック式ディファレンシャルは、コンピューター制御のマルチプレート クラッチまたはビスカス カップリング ユニットを使用してシャフトを結合しますが、オフロード車でより一般的に使用されているその他のディファレンシャルは、一般に手動で操作するロック デバイスを使用します。マルチプレート クラッチでは、車両のコンピューターが滑りを感知してシャフトをロックします。これにより、作動時に小さな衝撃が発生し、ドライバーの邪魔になったり、トラクションがさらに失われたりする可能性があります。ビスカス カップリング ディファレンシャルでは、シャフトの大きな速度差によるせん断応力によって、ディファレンシャル内のダイラタント流体が固体になり、2 つのシャフトがリンクされます。この設計では、経年による流体の劣化と、指数関数的なロック挙動が発生します。一部の設計では、ギアを使用して小さな回転差を作成し、トルクの伝達を速めます。

スリップを抑制する3つ目の方法は、出力軸に異なる量のトルクを伝達できるトルセンデファレンシャルです。この設計では、片方の車輪が空転している（トルクが全く発生しない）状態ではトラクションを確保できませんが、それほど過酷ではない状況では優れたハンドリング性能を発揮します。一般的なトルセンIIデファレンシャルは、低トラクション側でトラクションが不足する前に、高トラクション側に最大2倍のトルクを伝達できます。

自動車におけるごく最近の技術革新は、電子トラクション コントロールです。これは通常、車両のブレーキ システムを使用して、空転する車輪を減速します。この強制的な減速は、リミテッド スリップ デファレンシャルの機能をエミュレートし、車輪が同じ速度で駆動されるようにブレーキをより積極的に使用することで、デファレンシャルのロックもエミュレートできます。この技術では通常、車輪のスリップを検出するためにホイール センサーが必要であり、ホイール スリップが検出された場合にのみ作動します。したがって、通常、ホイール スリップを積極的に防止するメカニズムは存在しません (つまり、ホイール スリップの前にデファレンシャルをロックすることはできません)。むしろ、このシステムは、ホイール スリップの発生を明示的に許可し、トラクションが最も高いホイールにトルクを送ろうとするように設計されています。全輪スリップの防止が要件である場合、これは制限的な設計です。

選択レバー：2Hは2輪駆動、4Hはハイレンジ4WD、4Lはローレンジ4WD、Nはニュートラル
選択レバー：オールタイム4WD、ニュートラル、パートタイムローレンジ4WD

動作モード

AWD/4WDシステムのアーキテクチャは、その動作モードを示すことで説明できます。[ 1 ] 1台の車両が、ドライバーの選択に応じて複数のモードで動作できる場合があります。これらのモードは以下のとおりです。

  • 二輪駆動モード - このモードでは、片方の車軸（通常は後車軸）のみが駆動されます。もう一方の車軸への駆動は遮断されます。作動トルク配分比は0:100です。
  • 四輪駆動モード - ここでは、車軸へのトルク伝達の性質に応じて、3 つのサブモード (以下) を定義できます。
  • パートタイムモード – フロントアクスルとリアアクスルの駆動はトランスファーケース内でリジッドに連結されています。ドライブラインは両アクスル間の速度差を許容せず、ドライブラインワインドアップを引き起こす可能性があるため、このモードは、ドライブラインワインドアップの可能性が低いオフロードまたは路面が緩い状況でのパートタイム使用にのみ推奨されます。路面状況とアクスルにかかる重量に応じて、最大トルクがいずれかのアクスルに伝達される可能性があります。
  • フルタイムモード – 両車軸は常に駆動されますが、インターアクスルデファレンシャルにより、必要に応じて両車軸を異なる速度で回転させることができます。これにより、路面状況に関わらず、ドライブラインのワインドアップを心配することなく、車両をフルタイムで駆動することができます。標準的なベベルギアデファレンシャルでは、トルク配分は50:50です。プラネタリーデファレンシャルは、必要に応じて非対称のトルク配分を実現できます。常時フルタイムモードで動作するシステムは、常時4WD、全輪駆動、またはAWDと呼ばれることもあります。インターアクスルデファレンシャルがロックアウトされると、モードはパートタイムモードに戻ります。
  • オンデマンドモード – このモードでは、トランスファーケースは主に2WDモードで動作します。トルクは、必要に応じてトランスファークラッチを開状態からリジッドカップリング状態へと制御することで二次車軸に伝達され、ドライブラインのワインドアップを回避します。トルク制御は、アクティブ電子制御/油圧制御システム、またはトラクションコントロールシステムのセクションで説明されているように、ホイールスリップまたはホイールトルクに基づくパッシブデバイスによって実現されます。

これらの基本モードに加えて、いくつかの実装ではこれらのモードを組み合わせることができます。例えば、センターデフにクラッチを設け、フロントアクスルのトルクを、センターデフの30:70のトルク配分によるフルタイムモードから、2WDモードの0:100のトルク配分まで調整できるシステムも考えられます。

歴史

1800年代後半

1893年のディップロック蒸気機関車は、世界初の4WD陸上車両でした
ローナー・ポルシェ・ミクスト・ハイブリッドは世界初のハイブリッド車であると同時に、蒸気エンジンを使用しない初の四輪駆動車であった。

1893年、近代的な自動車産業が確立される以前の時代に、イギリスの技術者ブラマ・ジョセフ・ディプロックは、蒸気駆動トラクションエンジン用の四輪駆動システム[ 13 ]の特許を取得しました。このシステムには四輪操舵と3つの差動装置が含まれており、後にこのシステムは完成しました。この開発には、ディプロックのペドレールホイールシステムも組み込まれており、これは困難な路面でも意図的に走行能力を発揮する最初の四輪駆動車の一つとなりました。これは、公道へのダメージを軽減する公道走行可能な蒸気機関を開発するという、ディプロックの以前の構想から生まれたものでした。

フェルディナント・ポルシェ（父）は、1899年、ウィーンのルートヴィヒ・ローナー社（kuk Hofwagenfabrik Ludwig Lohner & Co.）在籍中に四輪駆動の電気自動車を設計・製造し、1900年のパリ万国博覧会で一般公開しました。電気技師として訓練を受けた若きポルシェは、商用馬車メーカーに雇われ、ローナー社初の「馬なし馬車」の設計・製造を指揮しました。ローナー・ポルシェの車両は、駆動輪に電動ハブモーターを搭載した直列ハイブリッド車で、バッテリーで駆動し、そのバッテリーはガソリンエンジン駆動の発電機で充電されていました。ポルシェはこの方式を考案し、ローナーの車両に1890年代の電気自動車に匹敵する優れた信頼性をもたらしました。しかし、内燃機関発電機を搭載することで、商用車購入者が求める航続距離を実現するために必要となる非常に重いバッテリーパックよりも、はるかに安価で軽量になりました。また、積載量の問題も抱えていました。[ 14 ] [ 15 ]

ポルシェのインホイールモーター設計により、ローナーの顧客は前輪駆動か後輪駆動かを自由に選択できましたが、1898年、ある顧客が四輪すべてにモーターを搭載することを要求しました。当時のヨーロッパ（主に未舗装）のロードレースで優位に立てる車が欲しいと考えたからです。しかし、ポルシェの独創的なハイブリッド駆動方式（基本的に2つのモーターと電源ケーブルを追加するだけで四輪駆動（あるいは全輪駆動）を実現）にもかかわらず、車は依然として重く扱いにくいものでした。

ディップロックの路上用蒸気エンジンは、センター、フロント、リアの差動駆動トレインの先駆者であるにもかかわらず、その特異な地位のため、ハイブリッドのローナー・ポルシェは、最初の四輪駆動車として認められることはあまりありません。

1900年代～1920年代

1903 年の Spyker 60 HP は、内燃エンジンで直接駆動する世界初の 4WD であり、初の 4WD レースカーでもありました。
ジェフリー / ナッシュ クワッドは、5 桁の価格で生産された最初の 4WD 車両でした (1913 ～ 1928 年)。

世界初の内燃機関で直接駆動する四輪駆動車で、フロントエンジン四輪駆動レイアウトを採用した最初の車は、オランダのスパイカー60 HPでした。1903年のパリ・マドリードレース用に製作され、アムステルダムのヤコブス・スパイカーとヘンドリック・ヤン・スパイカー兄弟によってその年に発表されました。[ 16 ] [ 17 ]この2人乗りのスポーツカーは常時四輪駆動を特徴とし、6気筒エンジンと四輪ブレーキを備えた最初の車でもありました。後にヒルクライムレーサーとして使用され、現在はオランダのハーグにあるローマン博物館（旧国立自動車博物館）に展示されています。 [ 18 ]

アメリカにおける四輪駆動の設計は、トワイフォード・モーター・カー・カンパニーから初めて生まれました。

レイノルズ・アルバータ博物館には、「ミシガン」と名付けられた 1905 年製の四輪駆動車が修復されずに保管されています。

量産された最初の四輪駆動車は、1908年に設立されたウィスコンシン州のアメリカン・フォー・ホイール・ドライブ・オート・カンパニー（FWD）（後のFWD）によって製造された。 [ 19 ] （前輪駆動の頭文字である「FWD」と混同しないように注意）1.5トンおよび2トンのナッシュ・クワッド（下記参照） とともに、3トンFWDモデルBは第一次世界大戦でアメリカ陸軍の標準的な軍用四輪駆動トラックとなった。第一次世界大戦中、約16,000台のFWDモデルBトラックがイギリス軍とアメリカ軍向けに製造された。そのうち約半分はFWDによって、残りは他のライセンスを受けたメーカーによって製造された。製造されたトラックの約20％のみが四輪駆動であったが、4x4車はより頻繁に前線で使用された。[ 20 ] [ 21 ]

ジェフリー/ナッシュ・クワッドトラックは、1913年から1919年の間に同様の用途で約11,500台が製造されました。クワッドは四輪駆動と四輪ブレーキだけでなく、四輪操舵も備えていました。 [ 21 ]クワッドは、史上初めて製造された四輪駆動車の一つであり、その生産は15年間続けられ、1928年までに合計41,674台が製造されました。[ 22 ]

ダイムラー・ベンツは四輪駆動の歴史も持っています。ダイムラー・モトーレン・ゲゼルシャフトは1907年、同じく四輪操舵装置を備えたデルンブルク・ワーゲンと呼ばれる四輪駆動車を製造し、ナミビアでドイツ植民地公務員のベルンハルト・デルンブルクが使用しました。その後、メルセデスとBMWは1926年に、G1、G4、そしてG4と、より洗練された四輪駆動車を発表しました。メルセデスとBMWは1937年にこれをさらに発展させました。

1930年代

1936～1944年 くろがね九五式偵察車（日本）
1938～1945年 GAZ-61 四輪駆動フェートン（ロシア）
1940年のGAZ-64ジープ風車（ロシア）

アメリカのマーモン・ヘリントン社は、成長を続ける中価格帯の四輪駆動車市場に対応するため、1931年に設立されました。マーモン・ヘリントン社はフォード製トラックの四輪駆動化を専門とし、軍用機および民間航空機の給油トラック、軽火器牽引用の4×4シャーシ、そして当時としては最大級のトラックをイラク・パイプライン社から受注するなど、順調なスタートを切りました。[ 23 ]

初期のマーモン・ヘリントンは例外であることが判明しました。1930 年代に開発された 4WD の自動車とトラックは、主に政府向けに、(将来の) 戦争用途を念頭に置いて製造されました。

ダッジは1934年に最初の四輪駆動トラックを開発した。軍用1+1 ⁄ 2トンのK-39-X-4(USA)と名付けられたこのトラックは、アメリカ陸軍向けに様々な構成で796台が製造されました。 [ 24 ]ティムケンは、民間トラックの軍用化に追加されたフロントアクスルとトランスファーケースを供給しました。ティムケンのトランスファーケースは、最初のパートタイム設計であり、 [ 25 ]運転者はキャブ内のレバーを使用して四輪駆動をオンまたはオフにできました。 [ 26 ] [ 27 ] 1930年代のアメリカ軍の予算が限られていたにもかかわらず、'34トラックは好評を博し、より近代的な1+1 ⁄ 2トントラックが開発され、1938年には1,700台のRF-40-X-4（USA）トラックが、1939年には292台のTF-40-X-4（USA）が生産された。 [ 28 ] [ 24 ]

1936年から、日本の東急くろがね工業は約4,700台の四輪駆動ロードスターを製造した。くろがね九五式偵察車と呼ばれるこの車は、日中戦争中の1937年から1944年まで大日本帝国陸軍で使用された。2ドア・ロードスター、2ドア・ピックアップトラック、4ドア・フェートンの3種類のボディスタイルが製造され、いずれも前輪を駆動するトランスファーケースを備え、1.3リッター2気筒空冷OHV Vツインエンジンを搭載していた。[ 29 ]

1937年型のメルセデス・ベンツG5とBMW 325 4×4は、フルタイム四輪駆動、四輪操舵、3段式デファレンシャルロック、そして完全独立懸架を備えていました。これらは、四輪駆動乗用車を求める政府の要請を受けて製造されました。メルセデス・ベンツGクラスなどの現代のゲレンデヴァーゲンにも、これらの特徴の一部は残っていますが、完全独立懸架は最低地上高を犠牲にする可能性があるため例外となっています。ウニモグもまた、メルセデスの4×4技術の成果です。

ロシアで初めて生産された四輪駆動車は、一部は民生用でもあったGAZ-61で、1938年にソビエト連邦で開発されました。「民生用」というのは少々誤解を招く表現かもしれません。なぜなら、すべてではないにしても大部分がソビエト政府と軍隊（指揮車として）で使用されていたからです。しかし、GAZ-61-73バージョンは、通常のクローズドセダンボディを備えた最初の四輪駆動車です。シャーシの要素は、1940年のGAZ-64や1943年のGAZ-67、戦後のGAZ-69、そして後輪駆動のGAZ-20 「ビクトリー」をベースにして1955年から1958年にかけて製造された、完全に民生用のGAZ-M-72などのその後の軍用車両に使用されました。ソビエトの民間生活では、ジープなどの民生製品が北米で急増することは許されませんでしたが、1960年代を通して、ソビエトの4×4車両の技術は英国、ドイツ、米国のモデルと同等か、いくつかの面ではそれらを上回り、軍事目的でも同様に積極的に開発、生産、使用されました。

第二次世界大戦 – AWD普及の飛躍

1940～1945年のウィリスUSジープ

「どこでも行ける」車が軍隊で大規模に必要とされるようになるまで、四輪駆動車や全輪駆動車は存在意義を見出せなかった。第二次世界大戦のジープは、もともとアメリカのバンタム社によって開発され、ウィリス社とフォード社によって大量生産され、戦時中世界で最も有名な四輪駆動車となった。[ 30 ]アメリカのダッジWCシリーズとシボレーG506 4x4の派生型も数十万台生産され、カナダ軍用トラックも生産された。その中でも、様々な駆動方式を持つ4x4車が圧倒的に普及していた。北米では合計で約1万台が製造された。+戦時中、四輪駆動車は200万台[ 31 ] [ 32 ] [ 33 ]

トランスファーケースや等速ジョイントといった重要な部品の入手性は、開発に影響を与えた。商用車ではあまり使用されていなかったものの[注1 ] 、全輪駆動車ではこれらが必要であり、駆動軸の数も2～3倍になるため、すべての差動装置に必要となるギアの数も増える。戦時中は限られた生産能力を持つ少数の専門企業によって生産されていたが、1942年春以降、フォード、ダッジ、シボレーがこれらの部品の製造に参入し、1939年の100倍以上の生産量となった[ 34 ]。

ロシアはアメリカのジープより1年早い1940年に、ジープに似た独自の車両（GAZ-64）を運用していましたが、戦争初期の数年間は西側諸国から提供されたレンドリース車両に大きく依存していました。1943年には、さらに改良されたGAZ-67を発売しました。

対照的に、枢軸国でジープに最も近い車であるVW キューベルワーゲンは、ポータルギアハブを装備していたものの、わずか 5 万台しか製造されず、後輪駆動のみでした。

1945～1960年代

1945年式ウィリスCJ-2Aジープ
初代ダッジ・パワーワゴン

ウィリスは1945年にCJ-2Aモデルを発表しました。これは一般市場で販売された初の量産四輪駆動車です。第二次世界大戦中に広く普及したジープの成功により、その頑丈な実用性はその後の多くの四輪駆動車の原型となりました。[ 35 ]ダッジも1946年モデルから民生用4WDパワーワゴントラックの生産を開始しました。ウィリスとダッジはどちらも第二次世界大戦時の先代モデルから直接開発されました。

ジープと同等の箱型ボディで、直列4気筒エンジンを搭載したランドローバーは、1948年のアムステルダム・モーターショーに登場しました。当初は経営難に陥っていたローバー自動車会社にとってのつなぎとして考案されたもので、慢性的な投資不足にもかかわらず、乗用車よりもはるかに成功を収めました。第二次世界大戦中に広く普及した「ジープ」の愛称で知られるウィリスMBにインスピレーションを受け、ランドローバーは1970年代に、 より洗練されながらもオフロード走行能力に優れた高級4WD車、レンジローバーを開発しました。

1950年にウィリスが「ジープ」の名称を買収したことで、このブランドは独占状態となりました。後継のカイザー・ジープは、1963年に革新的な4WDワゴン「ワゴニア」を発売しました。独立懸架式フロントサスペンションと4WDと組み合わせた初のオートマチックトランスミッションなど、技術的に革新的だっただけでなく、一般的な乗用車と同様の装備と仕上げを備えていました。 [ 36 ]事実上、これは現代のSUVの祖先と言えるでしょう。1966年から1969年にかけて生産された、 AMCまたはビュイックのV8エンジン搭載の高級車「スーパーワゴニア」は、その基準をさらに引き上げました。

ジェンセンは、1966年から1971年にかけて製造された318台のジェンセンFFにフォーミュラファーガソン（FF）フルタイム4輪駆動システムを採用し、量産GTスポーツカーに4WDが採用された初のモデルとなった。[ 37 ]ほとんどの4WDシステムがトルクを均等に分割するのに対し、ジェンセンは前後のギア比を変えることで、トルクをおよそフロント40%、リア60%に分割した。

1970年代～1990年代

アメリカン・モーターズ・コーポレーション（AMC）は1970年にカイザーのジープ部門を買収し、オフロード4WD車の全ラインナップを迅速にアップグレード・拡大しました。走行性能が向上した最高級フルサイズ・グランドワゴニアは、従来の高級車と競争を続けました。[ 38 ]一部手作業で製造されたこの車は、クライスラーによるAMC買収 後も、1991年までの生産期間中、ほとんど変更されていませんでした

スバルは1972年に、軽量でパートタイムの四輪駆動システムを搭載した、カテゴリーを拡大するレオーネを発売した。このシステムは乾いた舗装路では作動しなかった。9月、AMCは1973年モデルのジープ・チェロキーとワゴニアにクアドラ・トラックフルタイムAWDを導入した。 [ 39 ]フルタイムAWDにより、ドライバーは車から降りてハブをロックしたり、2WDと4WDを手動で切り替えたりする必要がなくなり、FIAラリー競技において他のすべてのメーカーを圧倒した。ジーン・ヘンダーソンとケン・ポーグは、 1972年にクアドラ・トラック搭載のジープでプレス・オン・リガードレス・ラリーFIA選手権で優勝した。[ 40 ]

1969年ジェンセン FF、世界初の量産GTスポーツカー4WD
1987年式AWD AMCイーグルワゴン。このシリーズで最も人気のあるモデル。
1981年式AMCイーグルAWDコンバーチブル

アメリカンモーターズは1980年モデルとして革新的なイーグルを発表しました。 [ 41 ]これらは、完全なフロントエンジン・四輪駆動システムを採用した最初のアメリカ製量産車でした。[ 42 ] AMCイーグルは、セダン、クーペ、ステーションワゴンに加え、常時自動全輪駆動の乗用車モデルとして提供されました。新型イーグルは、ジープの技術と既存の実績あるAMC乗用車プラットフォームを融合させ、「スポーツユーティリティ」またはクロスオーバーSUVという全く新しい製品カテゴリーを切り開きました。AMCのイーグルは、通常の乗用車モデルに期待される快適性とハイレベルな装備を備え、オフロード技術によって安全性とトラクションのマージンをさらに高めました。[ 43 ]

イーグルの粘性流体センターデフは、静かでスムーズな動力伝達を実現し、最もトラクションの大きい車軸に比例配分されました。これは、サスペンションや駆動系部品に過度の摩耗を与えることなく、四輪駆動時にのみ作動する真のフルタイムシステムでした。トランスファーケースにはローレンジは使用されていませんでした。これは、他のメーカーの設計の先駆けとなりました。[ 44 ]当時の自動車雑誌はイーグルのトラクションをテストし、スバルのトラクションをはるかに上回り、多くのいわゆるオフロード車に勝ると評しました。フォー・ホイーラー誌は、AMCイーグルを「新世代の自動車の幕開け」と評しました。[ 45 ]

イーグルは人気があり（特に降雪地帯で）、牽引能力があり、スポーツおよび高級トリムを含むいくつかの装備レベルがあった。1981年にはサブコンパクトSX/4とカムバックの2つのモデルが追加された。燃費を向上させるために、マニュアルトランスミッションとフロントアクスルディスコネクト機能も利用可能になった。1981年から1982年にかけて、ユニークなコンバーチブルがラインナップに追加された。イーグルのモノコックボディは、この改造のために強化され、スチールタルガバーと取り外し可能なグラスファイバールーフセクションが備わった。[ 46 ]イーグルステーションワゴンは、1987年にクライスラーがAMCを買収した後も、1モデルイヤー生産が続けられた。AMCイーグルの総生産台数は約20万台であった。

アウディは1980年に、常時四輪駆動の公道走行可能な車、アウディ・クワトロを発表しました。アウディのシャシーエンジニアであるイェルク・ベンジンガーは、フィンランドでの冬季テストで、西ドイツ軍が使用していたフォルクスワーゲン・イルティスが、どんな高性能アウディにも勝てることに気づきました。彼は、アウディの保守的なイメージを改善するため、ラリーにも使用できる四輪駆動車の開発を提案しました。アウディ・クワトロシステムは、後に量産車に搭載されるようになりました。

1987年、トヨタはラリー競技用の車両も開発しました。[ 47 ] FIAホモロゲーション取得済みの公道仕様のセリカGT-Four（北米ではトヨタ・セリカ・オールトラック・ターボとして知られています）が限定生産されました。オールトラックシステムは後に、トヨタ・カムリ、トヨタ・カローラ、トヨタ・プレビアの量産モデルにも搭載されました。

最も初期のミッドエンジン四輪駆動車には、1984年から1986年にかけて製造されたフォードRS200など、グループBのホモロゲーション用に製造されたさまざまな公道走行可能なラリー車がありました。 1989年には、ニッチメーカーのパンサー・ウェストウィンズがミッドエンジン四輪駆動車のパンサー・ソロ2を開発しました。

2000年～現在

米国では、2013 年末の時点で、AWD 車は軽自動車の新車販売の 32% を占めており、2008 年以降 5% 増加しています。[ 48 ]これは主にクロスオーバーの人気によるものです。[ 48 ]ほとんどのクロスオーバーは、車両価格と燃料消費量の増加にもかかわらず、人気の高い技術を提供しています。[ 49 ]自動車メーカーは、AWD を安全機能として宣伝して消費者を圧倒していますが、AWD が FWD に対して優れている点は、ブレーキやステアリングではなく、加速にあります。[ 50 ]テストでは、AWD は冬季の加速を向上させますが、ブレーキには役立たないことがわかっています。[ 51 ]

2008年、日産はリアマウントトランスアクスルを搭載したGT-Rを発表しました。AWDシステムには2本のドライブシャフトが必要です。1本はエンジンからトランスアクスルとデファレンシャルへのメインシャフト、もう1本はトランスアクスルから前輪へのドライブシャフトです。[ 52 ]

用途

ロードレース

スパイカーは、1903年に最初の四輪駆動レーシングカーであるスパイカー60HPを製造し、レースに出場したことで知られています。[ 53 ] [ 17 ]

ブガッティは1932 年にタイプ 53という四輪駆動レーサーを合計 3 台製作しましたが、この車はハンドリングが悪いことで有名でした。

ミラー社は、インディアナポリス 500 に出場する最初の 4WD 車、1938 年ミラー ガルフ スペシャルを製造しました。

ファーガソン・リサーチ社は、フロントエンジンのP99フォーミュラワン・カーを製造し、これは1961年にスターリング・モスが世界選手権以外のレースで実際に優勝した。1968年、チーム・ロータスは、タービンエンジンと4WDの両方を備えたロータス56と、標準の3リッターV8フォード・コスワース・エンジンを搭載した1969年4WDのロータス63でインディ500に参戦した。マトラも同様のMS84でレースを行い、マクラーレンはイギリスグランプリにM9Aをエントリーしたが、エンジンメーカーのコスワースは独自のバージョンを製造したが、テストは行われたもののレースには出場しなかった。これらのF1カーはすべて、空力ダウンフォースの出現により、より軽量で機械的に効率的な方法で十分な牽引力を得ることができるため、RWDのカーよりも劣っていると見なされ、このアイデアは中止されたが、ロータスは何度も試みた。

日産とアウディは、1989年に日産が日産スカイラインGT-Rを発表して以来、ロードレースで全輪駆動で成功を収めた。この車は大成功を収め、生産開始当初は日本のサーキットを席巻し、オーストラリアではさらに大きく印象的な勝利を重ねたが、最終的には重量ペナルティにより事実上の使用禁止となった。最も物議を醸したのは、1990年のマカオグランプリでスタートからフィニッシュまでリードを奪った勝利である。1988年のトランザムシリーズにおけるアウディの圧倒的な強さも同様に物議を醸し、シーズン半ばの重量ペナルティと、すべてのAWD車の禁止というルール改正につながった。また、スーパーツーリングでの圧倒的な強さは、最終的に1998年にFIAによるAWDシステムの禁止に繋がった。

2011年のル・マン24時間レースの新規則では、AWD/4WDがロードレースで復活する可能性があるが、このようなシステムは新しいハイブリッドパワーのル・マンプロトタイプでのみ許可されている。[ 54 ]一例として、アウディR18 e-tron quattro（2012年のレース優勝者、ル・マンで優勝した最初のハイブリッド/4WD）があり、前車軸に電気モーターを搭載し、後車軸にガソリンエンジンを搭載している。[ 55 ]

大型トラック

中型トラックと大型トラックは最近、4×4ドライブトレインを採用しています。フォードがフォード・スーパーデューティ・トラックの販売を開始した後、4×4中型トラックは一般的になりました。これらのトラックは小型トラックと中型トラックの間で多くの部品を共有し、生産コストを削減しました。デーナ60フロントアクスルは、中型および小型スーパーデューティ・トラックの両方に使用されています。さらに、ビッグスリーは各社間で部品を共有することでコストを削減しました。現在、フォードとラムの中型トラックの後輪駆動には、デーナS110が使用されています。デーナ110は、ゼネラルモーターズの4×4にも使用されていました。ラム・トラックは2008年に中型トラックの4×4と4×2の販売を開始しました。ゼネラルモーターズは2005年から2009年モデルで 4×4を販売しました

  • GM 4×4中型トラック
    GM 4×4中型トラック
  • 大型インターナショナルワークスター
    ヘビーデューティー インターナショナル ワークスター
  • フォード中型4×4ドライブトレイン
    フォード中型4×4ドライブトレイン

建設機械

4WD搭載のA Caseバックホーローダー

ボルボは1977年にモデル646四輪駆動バックホーローダーを発売した。 [ 56 ]

用語

工学用語では、「四輪駆動」とは、少なくとも2つの車軸に分散して4つの車輪に動力が伝達される車両を指します。「4×4」（フォー・バイ・フォーと発音）という用語は、1940年代初頭から北米軍の四輪駆動車両を指すために使用されていました[ 57 ]。最初の数字は車両の車輪の数、2番目の数字は駆動輪の数を示しています。

後車軸にデュアルタイヤと2つの駆動車軸を備えたトラックは、車輪が6つあるにもかかわらず4×4と分類されます。これは、牽引力と分類上、一対の後輪が1つの車輪のように機能するためです。駆動車軸が3つある真の6×6車両は、車輪の数に関わらず6×6に分類されます。後車軸が2つ、前車軸が1つの6×6車両の例としては、世界中の防衛軍で人気の高い6輪のピンツガウアーや、第二次世界大戦で アメリカ陸軍によって有名になった10輪のGMC CCKWなどがあります。

四輪車は全地形対応車を指す関連用語であり、四輪駆動車と混同しないでください。ここでの「四」は四輪車を指し、必ずしも全てが駆動されているわけではありません。

珍しいシステム

北アフリカの石油探査用にシンプルで安価な全地形対応車の必要性を感じたフランスの自動車メーカー、シトロエンは、1958年に2CVサハラを開発しました。従来のトランスファーケースを使用して前後の車軸を駆動する他の4×4車とは異なり、サハラは2つのエンジンを搭載し、それぞれが独立して別々の車軸を駆動し、後部エンジンは後方を向いていました。2つのスロットル、クラッチ、ギアチェンジ機構は連結可能で、2つの12馬力（9kW）、425cc（26立方インチ）エンジンを同時に駆動することも、分割してどちらかのエンジンだけで駆動することもできました。2つの燃料タンクと2つのバッテリー（どちらかのエンジンまたは両方のエンジンを駆動するように設定可能）と組み合わせることで、2つの独立したドライブトレインの冗長性により、大きな機械的故障が発生した後でも文明社会に戻ることができました。この車は約700台しか製造されず、現在存在するのは27台のみであることが知られています。[ 58 ]

BMCは1960年代半ばにツインエンジンのミニモーク（「トゥイニモーク」の愛称で呼ばれた）を実験しましたが、量産には至りませんでした。このモデルは、ミニの「パワーパック」レイアウト、つまり横置きエンジンとエンジンサンプ内のギアボックスを活用したものでした。後部に2つ目のエンジン/ギアボックスユニットを取り付けるだけで、基本的な4×4システムを構築できました。初期のプロトタイプでは、各エンジンに独立したギアレバーとクラッチシステムが採用されていました。イギリス陸軍の評価用に送られた後期型では、よりユーザーフレンドリーな連結システムが採用されました。

1965年、AJM Chadwickは全地形対応車に半球形車輪を用いた4WDシステム（GB 1113068）の特許を取得しました。20年後、BTE WarneはChadwickの設計を改良し、差動ギアアセンブリを使用しないシステム（GB 2172558）を開発しました。ほぼ球形の車輪を使用し、各車輪を協調的に傾けたり回したりすることで、駆動輪は一定のトラクションを維持します。さらに、すべての駆動輪が操舵するため、車輪をペアにする必要がないため、システムの整合性に影響を与えることなく奇数車輪の車両を構成できます。前後輪の有効直径比を動的に変更することで、段階的な減速が可能になります。

フォルクスワーゲン・モータースポーツは、オーストリアのカイマン・レーシング社の開発協力を得て、 1985年、1986年、1987年のパイクスピーク・インターナショナル・ヒルクライムにツインエンジンのゴルフMk2を使用しました。[ 59 ]

スズキ自動車は1996年にスズキ エスクードパイクスピーク エディションを発表しました。以前のスズキのバージョンはツインエンジンでしたが、1996年以降は、エンジンはツインターボチャージの2.0リッターV6で、シーケンシャル6速マニュアルトランスミッションと組み合わされています。

日産自動車は、通常は前輪駆動だが、後輪を電気モーターで駆動するE-4WDと呼ばれるシステムを開発しました。このシステムは、日産キューブとティーダの一部のモデルに導入されました。（これは、フォード・エスケープ・ハイブリッドAWDに搭載されているシステムに似ています。 [ 60 ]）

クライスラーのジープ部門は、2005年デトロイトで開催された北米国際オートショーで、670馬力（500kW）のツインエンジン搭載ジープ・ハリケーン・コンセプトを発表しました。この車は独自の「カニクロール」機能を備えており、その場で360度回転することができます。これは、前輪と後輪をそれぞれ駆動するのではなく、左右の車輪をそれぞれ1対ずつ駆動することで実現しています。センターギアボックスにより、片側をもう片側と逆方向に駆動できます。また、デュアルHemi V8エンジンを搭載しています。

レクサスRX400hなどのハイブリッド車の中には、前輪と後輪にそれぞれ1つずつ、計2つの電気モーターを介してAWDシステムに動力を供給するものがあります。レクサスRX400h（およびトヨタブランドの同等車種であるハリアーハイブリッド）のAWDモデルの場合、前輪は電気モーターだけでなく、車両のガソリンエンジンから直接駆動力を得ることもできますが、後輪は2つ目の電気モーターからのみ駆動力を得ます。駆動力の伝達は、トラクション状況と必要に応じて内部の電子機器によって自動的に制御され、全輪駆動システムとなっています。

フェラーリFFとピューロサングエに採用されている4RMシステムは、エンジンに直結されたセカンダリーフロントトランスアクスルを備えたリアトランスアクスルを備えている点で独特です。この車は主に後輪駆動車として動作します。後輪がスリップすると、フロントトランスアクスルのクラッチが作動します。前輪への駆動力は、必要なロードホイール速度を得るために「スリップ」する2つの無段変速クラッチパックを介して伝達されます。フロントトランスアクスルには前進2速と後進2速の3速ギアがあります。フロントトランスミッションの前進2速は、リアトランスミッションの下位4速と一致します。高速ギアでは使用されません。このギアボックスと各前輪は、差動装置を使用せずに独立したハルデックス型クラッチを介して接続されています。ギア比の差により、クラッチは常にスリップし、エンジントルクの最大20%しか伝達しません。[ 61 ]

1970年代後半、インターナショナル・ハーベスターは四輪駆動の低コストな代替手段を開発しました。同社は、モデル1086トラクターの2WD後部2基を新型モデル3588トラクターに搭載しました。このシステムはトランスファーケースを持たず、2WDシステムを2つ連結しただけだったため、「2+2」と呼ばれました。[ 62 ]

設計タイプ別のシステム

機械式ロック付きセンターデフ

トルセンセンターデフ

ノンロックセンターデフ

  • 2001年からxDriveまでのBMW 3シリーズおよびX5 - 常時38～62（前後）のトルク配分を備えたプラネタリーセンターデフ
  • キャデラック エスカレード、STS AWD、SRX AWD（最初の2世代はセンターデフにビスカスクラッチが装備されていました）#
  • クライスラー 300C AWD#
  • ダッジ ラムチャージャー 1974～1981 – NP203 フルタイム4WDトランスファーケース
  • ダッジ マグナム、チャージャー AWD#
  • GMC ユーコン デナリ、XL デナリ、シエラ デナリ #
  • メルセデス4MATIC車、R クラス、ML クラス (一部の ML は航続距離が短いことに注意) #
  • プリムス・トレイル・ダスター 1974–1981 – NP203 フルタイム4WDトランスファーケース
  • トヨタ ハイランダー #
  • トヨタ シエナ AWD (2010年以降のみ) #

上記の「#」で終わるシステムは、トラクションコントロールシステム（ABS経由）を選択的に使用して、スリップしている車輪にブレーキをかけることで機能します

マルチクラッチシステム

マルチプレートクラッチカップリング

注: 上記のすべては、マルチプレート クラッチ カップリングが接続されていないときは 2WD のように機能し (スバル モデルを除く)、クラッチが接続されているときはパートタイム 4WD システムの 4WD ハイレンジのように機能します (通常はコンピューターによるものですが、手動で制御できるものもあります)。 このカテゴリの一部では、マルチプレート クラッチ カップリングの一部のクラッチの接続とスリップをさまざまな量にすることで、フロントとリアの間のトルク配分をさまざまな程度に制御できます。 このようなシステムの例としては、BorgWarner i-Trac (TM) システムがあります。 注: Haldex Tractionベースの車のリストは、Haldex Traction の企業 Web サイト ( Haldex Cars)のリストから作成されました。 BorgWarner ITM3e システムのバージョンは、2006 年以降の Porsche 911TT で使用されています。 Borg-Warner ITM 3e は、2006 年以降のHyundai Santa FeおよびHyundai Tucsonにも使用されています。ヒュンダイでは、ITM 3eは通常95:5のトルク配分でフルタイムAWDとして機能します。極端な状況では、4WD LOCKボタンを使用してシステムを50:50のトルク配分に固定できます。

パートタイム

センターデフのない車両です。センターデフがないため、旋回時に前輪と後輪の速度差を吸収することができないため、旋回中にタイヤが多少滑ることになります。滑りやすい路面であれば問題ありませんが、乾いた舗装路面で旋回する場合、タイヤはグリップした後、強制的に滑らせられ、再びグリップするという状態を、旋回が完了するまで繰り返します。このため、車両は「ホッピング」または「拘束」されるような感覚になります。駆動ラインが最終的に損傷するため、硬い路面ではパートタイム 4WD システムの使用は推奨されません。パートタイム トランスファーケースは、4x4 トラック市場で業界標準のトランスファーケースです。その他のトランスファーケースはより堅牢であると考えられますが、可動部品が多く複雑であるため、他のトランスファーケースの耐久性が低下することがあります。

参照

脚注

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