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新型Sクラスに「4WS」が!? かつて日本車のお家芸だった四輪操舵の現在

 メルセデスベンツのフラッグシップサルーン、Sクラスが2020年9月2日、本国にてフルモデルチェンジした。

 さまざまなハイテク装備を満載しているが、なかでも注目したいのが4WS技術。

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 4WSとは「4 Wheel Steering(フォー・ホイール・ステアリング)」の略称で、前輪と同時に後輪も舵をとるために向きを変えるシステムで四輪操舵ともいう。

 もともと4WSはアポロ計画の月面走行車で初採用されたそうだ。月面上でもし前輪の操舵システムが故障しても、後輪で操舵できるようにするため、といわれている。

 この4WSが初めて量産車に搭載されたのは1985年8月に登場したR31スカイラインの「HICAS」。その後1987年4月登場のプレリュードや5代目カペラ、6代目ギャランなど国産車に多く搭載されていった。

 さて、この4WS、廃れていた技術ではなかったのか? それとも再び脚光を浴びている技術なのか? 4WSの最新情報をモータージャーナリストの高根英幸氏が解説する。


文/高根英幸
写真/メルセデスベンツ 日産 ホンダ

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4WSのメリット デメリット

1985年8月に登場したR31スカイラインに世界初の後輪操舵システム、HICASが搭載された(写真はGTS₋R)

 新型ベンツSクラスが、2020年9月2日に正式に発表された。新型Sクラスに新たに装備された革新技術はいろいろあるが、ここではリアステア、すなわち4WS(四輪操舵)について、注目してみることにしたい。

 4WSと聞いて、懐かしいと思ったクルマ好きも多いのではないだろうか。この4WS、これまで何度か自動車メーカーがクルマに採用しては、廃れてきた技術の一つ。

 1985年8月、日産がR31スカイラインに世界初の後輪操舵システム、HICAS1を搭載して以降、日本車メーカーは1980年代後半から1990年代にかけて4WSを搭載して、その機能を誇った時期がある。

 ちなみにメルセデスベンツは1930年代にはすでに四輪操舵を搭載したクルマを製作した記録がある。

 さすが世界最古であり、エンジンなどパワートレーンからシャーシまでこだわりまくって最高の実用車(高級というだけでなく堅牢性、信頼性、実用性に優れるという意味で)を作り続けてきた自動車メーカーだ。

 4WSのメリットは、大きく分けて2つある。1つは最小回転半径の短縮だ。リアタイヤの向きが固定されていると、Uターンなどの大きな転回時にはホイールベースの長いクルマは、そのぶん、大回りを強いられる。

 しかしフロントタイヤの転舵とは逆にリアタイヤを転舵(逆位相)してやると、リアが回り込むことによって小回り性が高まるのだ。

 しかも内輪差(転回時に発生する前輪と後輪の軌跡の差)は小さくなって、狭い道の曲がり角なども曲がりやすくなる。

 重機トレーラーなど特殊な車両では、フロントタイヤの操舵とは別に後端のタイヤを転舵するコントローラーがあり、低速で走りながら操作することで小回り性向上と内輪差減少を実現しているものもある。

 4WSのもう一つのメリットは、コーナリング時のクルマの動きを自然にできることだ。

 中低速時のコーナリングでは前輪の向きとは逆に後輪を操舵することにより、ステアリングの舵角が少なくなるだけでなく、クルマのヨーモーメント(クルマを上から見てコーナーの内側に旋回しようとする力)を自然に素早く立ち上げることができる。

新型Sクラスに採用された4WSが機能していることが分かるシーン。フロントタイヤの転舵とは逆の方向にリアタイヤが転舵しているのが分かる

パーキングスピードでは後輪を最大10度操舵する新型Sクラス。最小回転半径はAクラス並みの5.5mを実現

上から見たこの写真のほうがわかりやすい。フロントタイヤは左に切っているがリアタイヤは反対方向になっている

 クルマがコーナリング時にどういう風に曲がる力を得ているか想像してみよう。ドライバーがステアリングを回してフロントタイヤに舵角が付くと、まずフロントノーズが切った方向に向こうとする。

 しかしレーシングカーやよほどロール剛性の高いクルマでなければ、実際にはノーズがインを向く前に(わずかにインに向いて旋回を始めているが)グラリと曲がる方向とは逆にロールしてしまう。

 それをスプリングとスタビライザーの反発力とダンパーの減衰力で踏ん張ることで支え、本格的にフロントがインに向って旋回を始める。

 クルマの向きが変わり出すとリアタイヤも旋回を始めて、車体の旋回の中心軸(上から見てクルマが向きを変える中心点)がリアからセンター寄りへとなって、本格的にコーナリングをしている状態になるのだ。

 一方4WSの場合、フロントタイヤが向きを変えるとリアタイヤも逆に操舵されて、グラリとロールする前にリアが回り込むことでヨーモーメントが立ち上がり、クルマが素早く自然にコーナリングを始めることになり、ロールを抑えながらのコーナリングを実現するのだ。

 リアタイヤの舵角はフロントより少ないが、ホイールアライメントでもリアの変化はフロントの3倍効くと言われているように、リアの操舵は僅かでもクルマの動きに大きな影響を与えるのである。

 コーナリングではなく、高速道路での進路変更のように直進しながらわずかに向きを変えるようなシーンでも4WSは有効だ。

 フロントタイヤしか転舵しない通常のクルマでは、緩いS字を描くように軌跡を描くため、クルマにヨーモーメントが発生する。

 それに対し4WSでは、リアタイヤもフロントと同じ向きに転舵することで、平行移動で車線変更を完了することができるのだ。

 これによってレーンチェンジ時の安定性は格段に向上する。前輪だけの転舵も平行移動に思っているかもしれないが、厳密にはフロントの動きに、遅れてリアがついていっているのである。

通常の前輪操舵車と4WSのレーンチェンジ時の軌跡の違い。4WSは理想的な軌跡を描いているだけでなく、ヨーモーメントの発生が低いので、より安定性が高まる(出典:日産自動車)

 このように4WSという機構のメリットは小さくないが、実際には従来のクルマの動きが感覚的に馴染んでいるドライバーが多く、あまりメリットと感じるオーナーは少なかったようで、4WSはセールスポイントとはなりにくかった。

 当時はリアサスペンションやボディ剛性などクルマの基本性能の成熟がまだ今ほど高くなく、当時のギミック的な装備と同じように、他社と差別化するためのメカに留まってしまったのだ。

時代、メーカーによって異なる4WSの仕組み

 この1980年代に登場した機械式は、ホンダが3代目のプレリュードに採用していたものが代表的な仕様で、フロントのステアリングギアボックスからプロペラシャフトのように長いシャフトを介して操舵力を後方へと伝え、カム機構を利用して後輪を操舵していた。

 これは、ステアリングを切っていくとまず前輪と同じ向きに後輪が僅かに転舵し、その後同じ方向に切り増していくと後輪は一度中立に戻ってから、今度は前輪とは逆向きに転舵していくのだ。

 これは高速道路などの車線変更では舵角が少ないため、舵角が少ない領域は同位相として、コーナリングなどでは中立から逆位相、交差点やUターンなどの大舵角では大きく逆位相とするように機構を工夫していた。

 機械だけでこの動作を実現していたのは、ユニークではあるが、逆位相になるには一度、同位相に転舵されるため、特性をマイルドに抑える必要があった。

世界初の舵角応動型4WSを搭載した1987年4月登場の3代目プレリュード

フロントの操舵力をシャフトでリアへと伝え、微舵域では同位相、舵角が大きくなると逆位相になる仕組みが採用された。図は1989年登場のアコード/アスコットに搭載された4WS(出典:ホンダ)

 当時ダイハツは軽自動車のミラTR₋XXに4WS搭載グレード、TR4 /TR-XXアヴァンツァート4WSを用意して、その高速安定性とハンドリング性能を誇った。

 またマツダカペラの4WSは機械式ながら速度感応型パワステのように、速度に応じて同位相と逆位相を使い分け、さらにはリアの舵角を調整する制御が組み込まれていた。

 一方で、HICASはその後、油圧アクチュエータシリンダーを1本に減らしたタイプのHICAS-II(S13シルビアに初搭載)、ステアリング舵角センサーで角速度を計測するSUPER HICAS(R32スカイラインに初搭載)、さらに油圧機構を排して電動アクチュエータを採用した電動SUPER HICAS(C34ローレルに初搭載)へと進化していった。

 しかし、セミトレーリングアームをベースに、サブフレームの取り付け部にあるマウントを工夫し、特定の方向のみ剛性を低下させてアクチュエータで押し引きするという、今考えれば(筆者は当時からそう思っていたが)かなり強引なメカニズムで構成した簡易的な4WSだった。

 しかも、このHICAS、センサーなど部品の劣化によりエラーが出ると、前輪の操舵に関係なく、後輪を操舵してしまう現象が起こるなど危険な症状を起こしたこともある。

 サーキットなどでスポーツドライビングを楽しむユーザーにとってはリアのトー角(クルマを上から見て、左右のタイヤが進行方向に対して内側、あるいは外側に向いている角度)が安定せず、挙動も不安定になってしまうことから、マウントを強化し、アクチュエータを殺すキャンセラーというパーツも当時は定番のアイテムだった。

 現在、フーガに採用されている4WAS(4輪アクティブステアリング)は、一般的な4WSの構造である、ハブキャリアのトーコントロールをアクチュエータによって制御するもので、フロントの操舵系をそのままリアにも装備したようになっているのが特徴だ。

 ちなみに現行V37スカイラインはV36時代に採用されていた4WASから、ドライバーのステアリング操作を電気信号に置き換えてタイヤを動かし、タイヤ角度とハンドル角度、操舵力を独立して制御するDAS(ダイレクト・アダプティブ・ステアリング)に変更している。

フーガに採用した4WSのシステム図。ステアリングの操舵角や速度から、リアの操舵角をECUが算出して制御する。この電子制御式の4WSでは、基本的な考えは各社とも同じ(出典:日産自動車)

 トヨタが1980年代終わりに採用したアクティブ4WSは、電子制御と油圧を利用した先進的なもので、速度や前輪舵角などに応じて後輪の向きや舵角を制御すると共に、キャンセルスイッチやスポーツモードも設定されていた。

 1990年代には、コーナリング時に足回りにかかる横力を利用して、意図的にトー変化を起こさせることでリアステア効果を狙ったサスペンションも登場した。

 いすゞジェミニに採用されたニシボリック・サスペンションが代表的なもので、これはこれでエンジニアの技術力とこだわりを感じさせるものだったが、高速安定性の向上が著しい2000年以降のクルマにとっては、足回りの横剛性を損なう要因となるギミックは搭載することを避けたかったのだろう(もちろんプラットフォームやマルチリンクサスなどに開発コストを注いだことも大きい)。

 乗用車の世界では4WSは定着することなく、姿を消していく。その代わりにESC(VDCやDSCなどメーカーによって呼称は様々だが横滑り防止装置のこと)の登場と制御の高度化によって、クルマの動きは進化をみせる。

 以前はリアサスペンションを安定方向に大きく振らざるをえなかったエンジニアもESCという保険を得て、ある程度ハンドリング方向にジオメトリーを設定することが可能になったのだ。

 前述のマルチリンクサスによる走行中のトー変化などを踏まえて、基本的なシャーシ性能で旋回性を高めることに使えるようになったクルマは、4WSを搭載した前時代のクルマなど問題にならないくらいハンドリング性能が高まった。

 その代表的な例がマルチリンクサスペンションを導入して、一気にシャーシのパフォーマンスを高めた5代目のVWゴルフであろう。

 FFの強いアンダーステアを克服したゴルフVは、あらゆる要素のレベルの高さでハッチバックのベンチマークになったクルマだが、取り分けハンドリング性能は素晴らしく、ホットモデルのGTIは一気に人気を高めたものだ。

 ここで4WSは完全に過去の遺物となってしまうかに思われたのだが、10年ほど前から再びクルマに搭載されはじめるのである。

 それは4WSの制御技術の進化と、ボディサイズの拡大による小回り性やハンドリング性能の低下をカバーする必要性が生じてきたからだ。

走行性能向上のキーデバイスに再注目され始めた4WS

 日本車では前述の日産スカイライン/フーガに2006年に採用されたのをはじめ、2012年にレクサスが2代目GS(一部グレード)にも導入し、新たな操安性向上のキーデバイスへと注目されはじめている。

 レクサスのLCやRC、LS、GS、ISなどに搭載されるこのLDHとは(レクサス・ダイナミック・ハンドリングシステム)の略。

 アンダーステア時はフロントタイヤと反対方向にリアタイヤを操舵し、より曲がるように、オーバーステア時は、フロントタイヤと同じ方向にリアタイヤを操舵することでオーバーステアを抑制するように制御している。

 なおトヨタでは小型トラックのタウンエースや軍用車両として開発されたメガクルーザーにも、小回り性向上のために4WSを採用した実績がある。

 BMWは先代の7シリーズから採用し始めた。これによって大柄な高級車であってもBMWらしいハンドリング性能と、小回り性を実現し、今では5シリーズにも採用されている。将来的には3シリーズにも採用されるかもしれない。

 ポルシェが先代の911GT3から量産車向けの4WS(ポルシェ初の4WS搭載は918スパイダー)、アクティブリアホイールステアリングを導入したのも、ボディサイズが拡大してもクルマの動きは俊敏でスポーツカーとしてのフィールを保つための対策だ。現在では911シリーズのほか、カイエンやパナメーラにも設定されている。

 アウディも最上級セダンのA8やA7スポーツバック、A6などにダイナミックオールホールステアリングと呼ばれる4WSを用意している。

 低速では前輪と逆位相に最大5度、中速から高速では同位相で最大2度、後輪を自動的に動かすというこのシステムは、サスペンションや4WDとの協調制御された最も複雑な4WSといっていいだろう。

 ルノーはボディが大きな高級車ではなく、ミドルクラスのメガーヌに4コントロールという4WSを採用している。

 これは完成度の高いクルマが集まるCDセグメントにあって、ハンドリング性能を強化し、路面状況に応じたコントロール性と、理想のサーキット性能を与えることに成功している。

 4WSを持たないメガーヌと比べて、最大40%のステアリング操舵角の削減が可能だという。

 そしていよいよメルセデスベンツもSクラスに4WSを搭載した、という訳なのである。

 ショーファードリブンとしても高い評価を受けるSクラスだが、今度の新型はボディを大型化しても、先代以上のハンドリング性能も実現しているだろう。そうだとすれば、その実現には4WSが貢献していることは間違いない。

 ボディサイズの肥大化は、快適性や安全性を考えると避けることが難しい要素であるが、運動性能が低下してしまうのは、クルマとしての魅力を大きく損なう。

 それを解決するための手段が4WSであれば、今後採用する車種はますます増えるだろう。

 道路交通に使える国土が限られる日本では、小回り性も大事。技術革新によって、クルマの取り回し性が高まるのは歓迎すべきことだ。

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