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Limited Slip Diff.

ロードスターRF(NDERC)用、新発売。

AutoExeオリジナルセッティング。ストリートベスト仕様の機械式。

コーナリング時や滑りやすい路面などで、左右の駆動輪に有効なトラクションを分配、伝達する機械式(多板クラッチ)リミテッドスリップデフには、実績あるCUSCO製をベースに使い勝手や快適性に配慮したAutoExeオリジナルセッティングを施した。
作動方式はアクセルON時に100%、アクセルOFF時に50%を効かせる1.5Way。ドライブ側カム角を35~45°にすることにより、トルクバイアス比をドライブ側で4.0~6.0に設定。イニシャルトルクは、39.2~49.0N-mとして、チャタリング(クラッチ板が滑る時の金属音)を極力抑えている。量産品と比較してダイレクトな作動フィールと確実なトラクションが魅力。FR車らしいハンドリングを際立たすアイテムといえよう。製品には指定LSDオイルを付属している。


以下は、その「狙い」と「技術」の概要。ほとんどの読者にはブラックボックス的存在のデフだから、そのメカニズムはイメージし難いと思われるが、もしもデフのチューニングを考えるなら、原理的な部分だけは理解しておいた方がいい。設計の意図によって、使い勝手が大きく変化するからである。

先ずは基礎知識だが、そもそもデフというものは、車両の旋回時に駆動する外輪と内輪の回転速度を変えるためのものである。何故なら、下図のように一定の角度を旋回した場合、内外輪の描く軌跡の半径が異なるからだ。当然、外輪は内輪より長い距離を進まねばならず、だから速く回転する必要がある。そうでないと(同じ回転速度だと)、内輪はスリップして過大な回転を消費しなければならず、スムーズな旋回ができなくなるのだ。要するに、デフとは駆動輪に回転差を与えるためのメカニズム。だから日本語でも「差動装置」と訳されている。

もちろん、直進時には差動の必要はないし、差動しては困る。駆動輪に回転差が生じれば、それによって進行方向が変わってしまうからだ。では、デフはどのようにして「旋回時」を認識するのか。その判断の基になるのは、路面からの抵抗である。

上図を別の視点で見てみよう。内輪の回転半径が外輪よりも小さいということは、内輪は外輪よりも急なカーブを曲がっていることになる。だから、回転半径の違いにより、車輪の回転方向とタイヤの進行方向のずれが大きくなり、その分だけ抵抗も増えることになる。旋回時には、内外輪ビスカスの駆動抵抗に差が出るのだ。だから、この差を検出した時に差動機能を作動させればいい…ということになる。このようなパッシブ(受身的)な作動がデフの基本。だから、実際の走行状態では問題が残ることになる。低速での車庫入れなどの実用面ではOKだが、「路面からの抵抗の差」は必ずしも旋回半径だけで決まるわけではないからだ。例えば、高速コーナリングではロールによる荷重移動が起きて、内輪側タイヤの接地圧が減り、路面からの抵抗が減少する。悪路や凍結路などでは、直進時でも左右の路面状態に差が出て、抵抗に差が出る場合もある。こんな時に、いちいち駆動輪の差動機能が働いては困るのだ。少なくとも運転を楽しむという立場からは、歓迎できる特性とは言えない。そこで、この歓迎されない差動状態を排除しようとして開発されたのがLSDである。文字通り、トルセン差動機能を制限したデフなのだ。

実際のシーンで言えば、タイトコーナーを比較的ハイスピードで走りぬけようした時に、コーナリングGによって次第に車体が外側へロールしてゆく。これによって、駆動輪の外輪に荷重がかかり、内輪は荷重が減少する。そして、最終的には外輪側の抵抗の方が大きくなる。となると、差動機能が逆に働いて、内輪側の回転数が高くなり、極端な場合は空転を始めることとなる。この時、内外輪への駆動力の配分が等しいノーマルのデフ(オープンデフ)では、抵抗の大きい外輪はまったく回転できなくなってしまう。だから、アクセルを踏み込んでも、内側駆動輪が空転するだけで前に進まない状態が生じる。車を前に進めるトラクションが発生しないのである。

そこでLSDが必要になるという理屈だ。内外輪の回転数またはトルクの変動を感知して差動機能を弱め、グリップのある外輪へのトルク配分を高めるのが使命である。ただし、片輪が空転するというのは極限の状態であって、このケースでは徐々に、この過渡的な状況にどの時点からどう対応するかが個別のLSDの設計意図となる。競技車両のようにコーナーでの加速だけを重視するなら、多少の操縦性の悪化は承知の上で「より早い段階から、より強く」効かせればいいし、エマージェンシーからの脱出だけを狙うなら手動切り替え式のデフロックという手もあるのだ。もちろん、私機械式たちの狙いは、いつものように「運転を楽しむためのストリートベスト」であることは言うまでもない。それにふさわしい仕様は如何なるものか…それが問題なのである。

一口にLSDと言っても最近では、多種多様なタイプがあり、一般的には「回転差感応式」と「トルク感応式」に大別される。それぞれ、車両の駆動方式や使用目的によって使い分けをしている。回転差感応式を採用の代表例として、ビスカスタイプ(ビスカスカップリングの内部にシリコンオイルが封入されており、そのシリコンオイルのせん断力を利用して差動制限を行う)のLSDがあり、特にFF車のデファレンシャルに採用されるケース多い。目的は主に、極端な低ミュー路、例えば、雪道などで左右輪に大きな回転差が生じた場合などに有効とされる。super
トルク感応式は、一般にはFR車のデファレンシャルに採用される場合が多く、その機構は様々なものがあるが、FRスポーツ車に採用されるものは、概ね、複数のギアを組み合わせてその歯面抵抗を利用して差動制限するもの(トルセン、他)が、主流となっている。

今回、私たちが採用したLSDは、多板クラッチ式の構造のものである。このタイプのものは、最近では量産LSDとして採用される事は無くなったが、モータースポーツの世界では、今も必需品として第一線で活躍している。その理由は、用途に合わせて、プレッシャーリングのカム角を変更することと、クラッチ板の枚数の選択で、「トルクバイアス比」※を自在に、かつ高く設定可能であり、また、イニシャルトルクを設けることが可能なこと、合わせて差動制限の発生レスポンスに優れているからである。※トルクバイアス比=高μ側トルク÷低μ側トルク)

もちろん、私たちの狙いは「運転を楽しむためのストリートベスト」であり、モータースポーツ用ではない。私たちは、私たちの「こだわり」を実現する手段として、多板クラッチという「ことわり」を採用したのである。つまりは、設定の自由度が高く、ハンドリングの直進安定性やコーナリング時の過渡特性を使用目的に合わせて最適に実現できる構造を、私たちの目指すLSDが必要としたのである。

トルクバイアス比が大きいということは、内外駆動輪へのトルク配分比をより大きく変化させて、グリップのある方のタイヤにより大きなトラクションを与えられるということ。量産仕様で採用されているLSDのトルクバイアス比は、2.0~3.0程度で、LSDが効き始めた状態への変化をあまり感じさせない万人向きのマイルドな仕様となっている。ここでも、量産車の宿命である「過剰なマージン」が潜んでいるのだ。だから、それでは積極的に運転を楽しむことはできない。私たちは、評価テストの結果、トルクバイアス比を設計値で4.0~6.0とした。それは、理屈というよりも感性の問題。より力強いトラクションにより、スポーティなドライビングフィールと動的ダイレクト感を得るためには、ストリートならこの辺りがベストという私たち自身が体感した結論である。もちろん、サーキット用に比べれば、感性を逆なでするような過激な仕様でないことは言うまでもない。
さらには、イニシャルトルクの設定を39.2~49.0N-mとしている。このイニシャルトルクというのは、例えば、片輪が完全にグリップを失って差動ギアによって空転してしまう場合においても、グリップがある側、すなわち、空転していない側のタイヤに、このイニシャルトルク値分のトルクを伝達するのである。また、差動制限の開始へのクイックな反応も期待できる。イニシャルトルクの設定方法も様々な手法があるが、プレッシャーリングの内側からコイルスプリングにより発生させることにより、従来型のクラッチ板外側のコーンスプリングの反力によるイニシャルトルクと異なり、多板クラッチを常に与圧していることで、差動制限の発生タイミングが非常にクイックになるのだ。結果的に言えば、私たちのLSDは最適なタイミングでその効き始めが感知できるレベルのチューニングである。決して唐突ではなく、操縦性を激変させることもなく、なおかつ効きを実感できるレベルであり、ドライビングテクニックの上達とともに、ヨーのコントロールをステアリング操作のみなならず、アクセルワークによる車両姿勢の制御という、動的感性のテクニックが活かされるのである。コーナリングにおける過渡特性は、飛躍的に向上すると言っても過言ではない。 念のため量産仕様との比較を下表にまとめた。表中のRX-8やNCロードスターに採用されているスーパーLSDの差動構造は、サイドギア底部をコーンクラッチ形状とし、ベベルギアの噛み合いによるスラスト力を差動制限力の発生に利用する。シンプルな構造の反面(低コストであるが)、トルクバイアス比は高く設定できなく過渡特性に不満が残る。

仕様
イニシャルトルク
(N-m)
トルクバイアス比
カム側
ドライブ側
コースト側
ドライブ側
コースト側
AutoExe 機械式 1.5Way
39.2~49.0
4.0~6.0
1.5~2.0
35°
20°
FD3S トルセン 2Way
2.6~3.0
2.6~3.0
RX-8 スーパーLSD 2Way
39.2
2.0
2.0
NCEC スーパーLSD 2Way
39.2
2.0
2.0

最後に、マニアックなメカ派のために、私たちの多板式クラッチ型LSDの差動発生原理について少し触れる。左右のドライブシャフトに直結しているそれぞれのサイドギアの内側に、4個のピニオンギアがピニオンシャフトに設置されている。

分解

左右のサイドギア、すなわちドライブシャフトにトルク差がない場合は、ピニオンギアはフリーな状態で、回転し始める事は無い。これに対して、左右にトルク差が生じると、サイドギアにトルク差により回転差が生じて、4個のピニオンギアが回転を始める。この時、トルク差に応じてピニオンシャフトがプレッシャーリングのカムを押し広げる方向に力を発生させる。カム角に応じて、軸方向に発生したスラストの力によって、lsd3プレッシャーリングがクラッチ板を押しつけることにより、左右のトルク差の差動制限を行う。我々の選択したカム角度は、35°であり、このカムの角度値が大きいほど、スラストの力が増加し、トルクバイアス比も大きくなる。

このLSDのカム仕様は、ドライブ側が35°であり、コースト側(エンジンブレーキ時など、トルクの向きが逆回転になった時)が20°の仕様になっている。コースト側のカム角を小さくとることで、コーナー進入時の差動制限を低く抑えて、プッシュアンダーステアーを抑えると共に、車両の安定性を確保する仕様となっている。このような、仕様を機械式LSDでは1.5Way式と呼ばれている。前述のように、多板クラッチ式のLSDでは、チャタリング音(クラッチ板が作動音)の発生が、その商品性に大きく関わるが、我々は、ストリートユースを前提に、チャタリング音の発生を極力抑えるべく指定デフオイルを車種ごとの必要容量を商品に付属しているのも特筆すべき点と言える。

<商品適合表>