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AT車の課題

オートマチック・トランスミッション

「CVT」の終わりは日本車の始まり 2014年クルマ業界振り返り
「CVT」とはContinuously Variable Transmissionの頭文字で「無段階変速機」の事。現在の国産車のオートマチック・トランスミッションの殆どがこのCVTを採用している。名前の通り、ギアを切り替えて変速比を変えるマニュアル・トランスミッションを階段だとすれば、CVTは坂道の様に段がない。
1980年代に次々と現れたCVTは、初期には発進に大きなショックを伴う等、完成度は決して高い物ではなかった。しかし、理論的には「エンジンの欠点を補う夢の次世代変速機」である事から多くの注目を集め、以来着実に地歩を固めてきた。燃費性能への注目の高まりにつれ、特にこの十年は効率の悪いトルコンATからCVTへのシフトが急速に進んだ。数年前にはトルコンATは旧技術の象徴の様に思われていたのだ。
ところがその構造が今変わろうとしている。CVTが滅亡するかどうかはまだ解らないが、CVTの限界が見え始め、同時にCVT以外の選択肢の芽が出始めているのである。後年振り返れば2014年はCVTにとって終わりの始まりだったのかも知れない。

夢の変速機だったCVT
まずはCVTの仕組みから説明を始めよう。CVTには様々なタイプがあるが、ハイブリッドに使われている物を除けば、その殆どがベルト式だ。2つのプーリーの間にベルトを掛ける。プーリーはベルトがかかる谷間がV字構造になっており、油圧でV字の谷間を狭めたり広げたり出来る。するとベルトの掛る位置が変わり有効径が変わる。回す側と回される側両方のプーリーの有効径を変える事で2つのプーリーの回転速度を変えて変速する仕組みだ。
エンジンという機械はその特性として、アイドリングからレッドゾーンまで同じ特性ではない。回転数によって性能の優れた所と悪い所がある。しかもその良い悪いは、例えば燃費についてなのかパワーについてなのかで、また回転数が違うという機械なのだ。
CVTの場合、従来の変速機の様な有段変速ではないので、エンジン回転数と車速の関係が飛躍的に自由だ。理論的には走行している間中エンジンを「燃費効率が一番良い回転数」ぴったりに固定したまま速度を自由に変えたり、発進から最高速まで一番トルクが出ているところに固定して最大加速力を保つ事が出来る可能性があるのだ。
他にも、サイズが小さい事、連続可変の為変速ショックが構造上あり得ない事等メリットは多い。また変速は電子制御されるのでプログラムによる燃費テスト向けのチューニングがしやすくカタログ上のメーカー発表燃費を上げるのにも都合が良い。そんなわけで燃費記録を叩きだすソリューションとして定番化したのだ。しかし、机上論は兎も角、現実はそんなに甘くない。CVTにも問題点がある。

CVTはエンジンパワーをロスする
先ほどCVTの構造を説明した時、2つのプーリーとベルトの関係を頭に描いたと思うが、おそらく多くの方は、自転車の様に力を出す側のプーリーがベルトを引っ張り、受ける側のプーリーがそれで引っ張られて回転する事をイメージしたと思う。しかし、スクーター程度の負荷なら兎も角、車の重量と出力ではベルトを引っ張りで使うのが強度的に難しく、その結果、金属ベルトに将棋のコマのような形状の金属片を多数通して押し側で動力を伝える仕組みになっている。
5円玉を紐に通して棒にした状態を考えてもらうと解りやすいだろう。これなら押し側で動力伝達する限り金属棒と同じなので大きな力が掛っても平気だ。その代わり力が掛れば掛る程ベルトがプーリーに食い込む引っ張りと違って、押し側だと摩擦による力の伝達にはツライ状態になる。
しかも回転すれば金属ベルトとコマは擦れるため、潤滑をしないとベルトが摩耗して切れてしまう。そこでベルトを潤滑油漬けにするのだが、前述の通りプーリーとコマの間は摩擦力で力を伝えているので、ベルトを油漬けにすれば当然滑る。滑らない為にはひたすら挟み込み圧力を強く掛けるしかない。
という事でCVTは動作中ずっと高圧の油圧ポンプの作動を余儀なくされるのだ。この油圧ポンプはエンジン駆動なので当然エンジンのパワーをロスする。パワーロスは速度域にもよるが、ほぼエアコンと同程度だという。
効率向上の為の変速機なのに仕組み上パワーロスを避けられないというのは自己矛盾だ。しかも高速になる程滑りを止める為に油圧を高めなくてはならないのでロスが増える。
もう一点、最少ギア比と最大ギア比の差を大きく取れないという構造的問題点もある。1速のギア比は車重とエンジンの性能で自動的に決まるので妥協の余地がない。となれば妥協するのは高速側だ。その結果CVTを使うと高速巡航中にエンジン回転が高くなりがちになる。前述のパワーロスの問題と合わせてCVTは街中を走るモードでは燃費にプラスだが高速燃費は宿命的に苦手なのだ。
国土交通省の定める燃費試験は殆どが低速しか使わない。その為低速を得意とするCVTは試験では低燃費を達成しやすいのだが、車を買ったユーザーが高速走行をするとこれまで書いてきたような理由でカタログ値と乖離した燃費になりやすい。

ドライバーが思うように走れない
もう1点、CVTはドライバーに違和感を感じさせるという問題がある。自動車の誕生以来、長くスタンダードだったマニュアルトランスミッションでは、ドライバーが変速しない限りギア比は変わらない。アクセルは本来エンジンの力の出し具合をコントロールするものだが、ギアが固定ならそれは速度管理そのものになる。その結果車の速度はアクセルで管理するのがドライバーの普通の感覚になっている。
アクセルを踏めば「加速しろ」だし、緩めれば「減速しろ」、そのままなら「速度維持」だ。しかしCVTは前述の様にエンジン回転と速度の関係を自由に変えられる事が強みだ。その為アクセルと速度の関係がアクセルだけでは決められなくなる。
プログラムがエンジンの運転状態と勾配等の負荷条件を判断し、アクセルをキープしていても加速したり緩めても加速を止めなかったりするのだ。ドライバーの思う通りに走ってくれない。制限速度ぴったりで走りたいのに車が加速してしまったりする現象は多くの方が経験しているはずだ。
車はドライバーが操作するものであって、コンピューターがドライバーの指示を飛び越えて勝手な事をするのは望ましくない。そこには倫理的な上下関係があるべきなのだ。
こういう問題を解決する為に、最近では連続可変を止めて、CVTにあえて階段状のギア比をプログラムする事で、ドライバーの判断を優先するものも現れた。しかしである。それならCVTである必要があるのかという根源的な疑問が起きる。コンピューターに燃費やパワー効率を判断させて変速させる仕組みを全て止めてしまうとCVTのメリットがほぼ無くなってしまうのだ。
CVTのメリットを生かそうとするなら、結局ペダル操作の意図をプログラムにどうマッピングするかがキーになる。しかしそれはエンジンのトルク特性によって変わってくるので、エンジン毎に膨大なすり合わせ作業をしなくてはならず、必ずコストを押し上げる。こういう諸問題に疲弊してCVTの可能性に疑問を感じるメーカーが出始めているのだ。
更に別の側面もある。CVTの様な複雑な機構は途上国でのメインテナンスに問題が生じるのだ。壊れたら直せないのでは困る。CVTに開発リソースを傾注しても、それは途上国で売れる物にはならない。
つまりCVTには従来の変速機にない新しい可能性があるのだが、アクセルで操作するという車のインターフェイスとの兼ね合いで、その秘めたるポテンシャルを発揮するには至らず、駆動のロスやギア比の不自由度、ドライバーの違和感、開発コスト、メインテナンス等幾多の問題がのしかかって来ているのだ。

「トルコン・オートマ」の復権
エンジニアはこうした問題に永らく頭を痛めていたのだが、その間に新しい選択肢が現れた。
1つは「効率の悪い化石のような技術」として葬られかけていたトルコンオートマの復活である。トルコン式のオートマチックでは、実際の変速は遊星ギアによって行われ、その部分はすでに枯れた技術で何も問題がない。問題はクラッチの役割をするトルコンそのものに集約されていたのだ。
トルコンとはトルクコンバーターの事で動力を伝える仕組みの1つだ。よく例えられるのは一対の扇風機だ。片方が風を送ると、他方はその風で回される。風を送る側はエンジンにつながっていて、風を受ける側はギアを介して車輪につながっている。
低速では風が弱いので止まっている事が出来、自動クラッチとして機能する。トルコンのメリットはこの停止状態から徐々に風を強めてスムーズな発進が出来る事だ。上手に設計すれば発進マナーが洗練されたものになる。因みに実際のトルコンは空気の風ではなく油の流れで力を伝えている。
しかし流れが緩やかだと止まっていられるという事は、別の見方をすればエンジンの力の一部は油を掻きまわすだけで動力として活かされていないという事でもある。トルコンにはスリップロスがあってこれが燃費を悪くする原因になっている。
だったら必要ない時にはこの扇風機同士を繋いで直結にしまえというのがロックアップ機構だ。ロックアップ機構そのものは40年近い歴史があるのだが、近年のコンピューター制御技術の進歩で、今や稼働時間の80%、つまり発進時を除く殆どの稼働時間をロックアップ状態にする事が可能になってきた。
ロックアップ領域が広がってトルコンのデメリットがほぼ消えた。むしろCVTの様に制約がなく、ギア比を自由に設定出来るので、低速ギアと高速ギアの差を大きくとれる。結果として高速巡航時の燃費が向上した。現在各社が目標としているのは最大/最少ギア比の比率を10倍まで持って行く事だ。発進を楽にしつつ、高速巡航燃費を良くするにはこの10倍が目安になるのだそうだ。
但し、そうなると従来の4~5段では各段のギア比のギャップが大きくなり過ぎる為、8段あるいは9段への多段化が進んだのだ。やみくもに「沢山ある方が良いでしょ」という事で9段になっているわけではないのだ。
駆動ロスの問題がほぼ解決すると、ギア比の自由度が高く、ドライバーの違和感がないというメリットがCVTに対して強みになってくる。そしてトルコンは変速マナーが比較的洗練されている。但し途上国でのメインテナンスの問題はやはり残る。だから多段型トルコンは原則的に先進国向けだと言える。こうした新世代トルコン変速機の代表例はマツダのSKYACTIV-DRIVEだろう。マツダはCVTからトルコンへのシフトを考えているらしい。

「AMT」という新たな選択肢
AMTとはautomated manual transmissionの頭文字で、マニュアルトランスミッションを油圧アクチュエーターで動かす変速機だ。但し、クラッチが1つのシンプルで安価な方式とクラッチとギアを2セット持って変速時間ゼロを目指す高機能方式がある。
前者は変速機の仕組みそのものはマニュアルのままで、人間がクラッチを踏んだりギアレバーを操作していた部分をアクチュエーターに代行させる。構造はマニュアルトランスミッションに多少の付加物が付くだけなので途上国でもメインテナンスが可能だ。長所は安くて丈夫で修理が易しく燃費面ではマニュアルと限りなく同じで優秀な事。欠点は変速マナーがまだまだ洗練されていない事だ。
途上国向けのトランスミッションは、現在のところマニュアルトランスミッションがメインになっている。マニュアルであれば、途上国でも修理環境が整っているからだ。しかし今後の自動車普及率を高める為には運転の易しいオートマチックトランスミッションも欲しい。そこでAMTが注目されているわけだ。
海外ではフェラーリ/マセラティ/アルファロメオのF1マチック/カンピオコルサ/セレスピードとBMWのSMGなどがこのAMTに先鞭をつけていた。乗用車レベルなら兎も角スーパーカー級のトルクに耐えるトルコンは設計が特殊な割に数が出ない為作ってもペイしない。しかし数は少ないとは言え自動変速機は必要だ。そこでマニュアルトランスミッションと部品が共用できるマニュアル+アクチュエーターのAMTが選ばれたわけだ。
もう1つの高機能型は、ワーゲングループが先頭を切って開発したDCTだ。DCTとはDual Clutch Transmissionの頭文字。意外に思う方も多いだろうが、これも構造的にはAMTの仲間だ。奇数段のトランスミッションと偶数段の2つのトランスミッションを持ち、2つのクラッチでどちらを使うか選択するというとても複雑な方法をとっている。
例えば1速から2速にシフトアップする時、シングルクラッチのAMTだと「クラッチを切る→1速のギアを抜く→2速のギアに入れる→クラッチをつなぐ」という手順が必要だが、DCTでは奇数段の1速で走っている時に、すでに偶数段では2速にギアがセットされていて「奇数段のクラッチを切る→偶数段のクラッチをつなぐ」で変速操作が終了するため、変速のタイムラグが激減する。丁度料理番組で「予め煮込んだ状態のお鍋がこちらになります」と言って別の鍋を持ってくるのに似ている。
DCTは登場した時「レーシングドライバーより変速が速い」という事で注目され、これも夢のトランスミッションと言われた。変速が速いという事は、加速の途切れ感がない事を意味するので、乗り心地にとっても有利だ。
欠点は重さと大きさと複雑さだ。重量は約30kg増加するし値段も高い。部品点数は2倍。となれば壊れるリスクと壊れた時の費用ともにホメられない。大きく重い高級車にはその新技術感と超速変速のメリットを重視して選ばれるかもしれないが小さな車には向かない。
そんなわけで、CVTに代わって広く普及する可能性があるのはAMTではシングルクラッチの方だろう。例えば発売したばかりの新型アルトに採用されているAGSが代表だ。

CVT全盛時代の終了は躍進のチャンス
こうした様々な状況を考えればすでに「CVTさえあれば他の選択肢は要らない」状況ではない事がよく解るだろう。安くて丈夫で保守が簡単なAMTが現れ、洗練されたトルコンオートマが復権躍進し、超速変速のDCTもある。それぞれの車の性格に合わせてこれらを使い分ける方が製品の訴求力は上がるだろう。何でも出来るがゆえに、どのニーズにも最適化されていないCVTはその万能性がアダとなっている。
思い起こせば、日本の自動車メーカーはトルコンの効率に疑義を呈された時に、全社一気にCVTに向かってしまった。当然多くの先行投資がされたはずだ。そして欧州勢がAMTだDCTだと言っている間、CVTの呪縛から逃れられなかった。
勿論、例外はある。例えばニッサンGT-Rの様な車はそういう中にあってもDCTを採用している。しかしメーカー全体を見渡すと主流はCVT一本に収束しているようにしか見えなかった。
技術の進歩を考えた時、全員が同じ方向に向かうのは危険だ。仮にいくら一番堅実に見える選択肢でもそれに集中してしまうのはリスクが高い。競馬で「本命に全財産」を掛けるのと同じなのだ。流して買う事は必要なリスクヘッジだろう。
日本の自動車メーカーがCVTオンリーを抜け出し、様々な技術的可能性を自由に選べるようになった事に筆者は大きな安堵を感じている。CVTの終わりは、それだけ見れば日本の自動車メーカーの失敗ではあるだろう。しかしそれは同時に日本車の新たな始まりになるのだと思うのである。

(池田直渡・モータジャーナル)
THE PAGE 気になるニュースをわかりやすく 2014.12.31 14:00)


昨年11月6日に書いた記事「MT車で養われた運転技術(当Blog内リンク)」と12月17日に書いた記事の「V37スカイライン(当Blog内リンク)」でのAT車に対する違和感はやっぱりこう言う事だったのですね。まだまだ技術者も頭を抱えている状態と言う事ですね。

ATの技術に不満は無いと言われる方もいますが、それはそれで人が感じる事ですので否定はしませんが、プロの技術者レベルではまだまだ問題だらけの技術と言う事なのでしょう。そして、私がAT車に乗り感じたストレスは例え高価な車であっても消える事はなく常にストレスを感じたわけです。MT車をずっと乗って来てAT車の変速には耐え難いものがあったのは間違いではなかった事が証明された気がします。

車と言うのはどんなに大衆車であっても高価な買い物です。高い金を払って車を買い、このストレスとつきあわなきゃならないと思うとゾッとします。だから、私はMT車に拘り乗り続けてると言っても過言じゃないかも〜。

CVTの最初はスバルのレックスで搭載されたんだっけ?ベルトでギヤを変える無段階変速機として変速ショックのない画期的なATとして注目を集めましたが、個人的にはベルトの強度が凄く疑問でした。引用記事にも書かれてある通り、ベルトでプーリーを回すと言う事は当然摩擦が関係してきますもんね。MT車もクラッチ板の摩擦は付いて回りますけど、クラッチを切る場合と動力を伝える為に直結させてる間は摩擦で消耗する事は無いと考えて良いですが、ベルトでプーリーを回す場合、ベルトがプーリーから離れる時とベルトがプーリーに接触する時、常に摩擦と戦ってると言う事になりますからね。その問題を解決する為にベルトを油漬けにして云々って…その構造自体もの凄い矛盾だし、ずっと技術者はその矛盾と戦ってたわけですね。

MT車で技術を磨くって事は運転技術のみならず技術者の苦しみまで感じ取れる感性をも磨く事が出来ていたと言う事でもあるのかな。技術者が苦しみ苦労して開発しても完成の粋に達しないAT技術。それを感じ取れるから、ストレスとなって表れる。

ランボルギーニやフェラーリ等の高級車を引き合いに出さた「AMT」や「DCT」も優れてるとは言え、MTなのかATなのかATと呼ぶには中途半端な技術だと思う。F1で使われてるセミATというものですね。セミATは2ペダルMTとも呼ばれてるし、完全なATでない限り、純粋にAT技術とは言いきれないと思うんだなぁ。
更に、軽自動車等の大衆車には重量級の「AMT」や「DCT」は乗せれないでしょう。軽自動車が重くなってしまっては、パワーウエイトレシオは最悪な状態だろうし満足に走る事もままならないですよね。(爆)
昨年11月6日に書いた「MT車で養われた運転技術」という記事で「いつかは機械制御のAT車が私のMT車運転技術を超える日が来るとは思うけど、それはまだまだ先の話だろうなぁ。」という私の言葉は、あながち間違いではなかったようですね。

この数ヶ月は毎日のように通勤でMT車を乗り、仕事でAT車を乗ってると、原始的だけどMTの技術って優れてるなぁ〜と関心します。車が登場してからその構造が基本的に変わらず現在にまで通用してるのですから。そして、その進化は機械に頼るのではなく操る人の進化で無限に向上するのです。そして、その向上する進化を自分自身で体感する事で運転が面白く感じ更なる向上を目指そうとする。そのようなワクワクが常にMT車にはあると思います。

そして、話は飛んで1月某日の出来事です。
スポーツタイプのシルビアでのんびり走ってるから挑発されやすいのか、コテコテいじったローダウンの軽ワゴン車に絡まれました。後ろから「もっと早く行け、スポーツカーだろうが?」と言わんばかりに煽られるし、シビレを切らして対抗車線から強引に抜いてこうとするが対向車によって阻止され抜けない。でも、私だって制限速度プラスαのスピードで流れに乗って走ってるし、遅いってわけじゃないんだよ。(笑)

道路は次第に山道に差し掛かり、ちょっとした峠道路になると後ろから煽って来てた軽ワゴン車のスピードが極端に遅くなり私に付いて来れない。先程も言いましたけど、私は極端に飛ばしてる訳でもなく、制限速度プラスαで常に一定スピードを保ち走行してるだけです。
勿論、一定スピードを保って走るという事は、峠道路だから時にはそのスピードでは曲がるのにキツいカーブに出くわします。でも、そのくらいは楽しまないとね…。(^_^)ゞ

要するに直線道路だろうがキツいカーブだろうが同じようなスピードで走ってる事です。軽ワゴン車の兄ちゃんは直線道路で飛ばしカーブでその勢いは何処に消えた?ってぐらい減速するムラのある運転です。
直線道路で飛ばすのは、そこそこパワーがあってアクセル踏めば誰でも速く走れます。交通ルールを無視すれば軽ワゴンよりもエンジンの大きなシルビアが速いのは当たり前だし、そんなところで熱くなっても大人気ないです。(^_^)ゞ

だから、そんなにパワーの差が出しにくい飛ばせない峠で遊んでやろうと思うと軽ワゴン車の兄ちゃんは付いて来れないんだもんなぁ~。広い直線道路で無謀にアクセル踏むだけの速さなんて、凄くカッコ悪いぞ。しかも、軽ワゴンだからAT車でしょ。本当にアクセル踏むだけの脳のない走りじゃん。
車ってのはギヤ比とスピードをコントロールして走らせるから面白いのですよ。同じカーブでも単なる惰性で遠心力が外側にまともにかかって曲がるのと少しアクセルを踏んで遠心力を若干前方方向に変化させて曲がるのでは同じスピードでも曲がり易さは全然変わってくるのです。これは高校の物理で習う力学でもあるのです。それを堅苦しい授業ではなく車の走りという楽しい場で学べるのです。
しかし、このような力学を計算して車をコントロールしてるところで、勝手にATが加減速してしまうと怖くてかなわないし、ATでは本当の意味で車を操る事を学べないです。
このような軽ワゴン車の兄ちゃんにも本当の意味で車を操る事を知ってもらいたいと思うし、自動車メーカーもそう言う事が学べる車を提案出来る車作りをして欲しいと思います。
そのような事が理解出来れば、直線道路で無謀にアクセル踏むだけの速さが如何に格好悪いかも理解出来ると思います。

今の車って学びたくても学べない車が多すぎと感じます。(-ω-;)



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