LSDの減速時の動作

さて、 まず始めに、駆動方式が後輪駆動の車について考えてみましょう。
後輪は、舵角が切れる前輪と比べてシンプルですからねっ。

そしてLSDの効果をわかりやすくするために、まずデフが直結のモデルを考えてみましょう。
デフが直結とは、デフが付いておらず、左右のドライブシャフトが繋がっているものです。 カートなどがこの構造ですね。
実際にデフが直結の車は見かけないと思いますが、これは加速時と減速時の双方に効く2wayのLSDのロック率を上げて、イニシャルトルクもおもいっきり上げたものと同等だと考えれば良いでしょう。

LSDの種類や構造については、ネットに情報が溢れていますのでここでは省略しますね。
ここでは基本的に機械式、いわゆる多板クラッチ式のLSDについて考察します。

では、直結デフの後輪駆動車の動きについて、考えてみましょう。

まず直線の走行時ですが、これは左右の回転差が存在しませんね？
ですから、オープンデフだろうが直結だろうが何も変わりません。
（実際にはオープンデフだと直線走行時にもフラフラ不安定になる事があります。それは、抵抗が小さい側の車輪に回転させる力が多く掛かる特性から来る、タイヤの接地変化（グリップ変化）に弱いためです。例えば方輪だけが水たまりを踏んだり、轍（ワダチ）や横風などがこれに当たります。オープンデフだと左右のタイヤの接地が変化すると、直線でも左右の回転数が変わってハンドルを取られるような現象が起きることが有るのです。LSDはそんな現象も大幅に解決するそうです。 実際にインチアップやタイヤのサイズアップにより轍でハンドルを取られたり、背の高いワンボックスカーで横風やハイドロでふらつく現象に、LSDは効果が抜群だそうです。 今回はスポーツ走行の話に限定するので無風でフラットで乾いた道を走るケースを例としますが、こんなこともあるとを覚えておくとよいでしょう）

次に直線での制動です。 これも基本的に同じですが、実際には直結の方が車体が安定する傾向に有ります。
これは、オープンデフ搭載車ではブレーキロックが必ずしも左右同時に起きないからです。
ブレーキも誤差の有る機械ですから、左右のブレーキの効きも微妙に異なることが多いし、コーナーウェイトで左右が異なればF＝μN　より、タイヤの左右のグリップも違いますからね。
この左右のズレがフルブルレーキング時に車体の姿勢を不安定にする、つまり、スピン挙動などにすることが有るんです。
ですが左右輪が直結であれば、左右の回転差は存在しませんので、必ず同時にロックしますね？　
極端な話、右側にしかブレーキが付いていなくても、左側にも全く同じ制動が掛かるわけです。 余談ですがカートにはブレーキローターは一つしか付いていません。
まあ高性能なABSが付いていれば片側だけがロックするのを避けてくれて車体は安定しますが、直結デフにはそのような効果もあるのです。 そして減速時にも効く2wayや1.5wayのLSDには、同様の効果があるわけです。


さて、ここからが本番です。
次にコーナーに入るターンイン時のタイヤの動きを考えてみましょう。 左コーナーだとするなら、ハンドルを左に切って車体にヨーが立ち上がって車体の姿勢が左向きになります。 ここでは分かりやすいように、ブレーキを残さない運転で考えてみましょう。 つまり、エンジンブレーキ状態ですね。
デフが付いていればスムーズに曲がりますが、これが直結デフだとどうなるでしょうか？？

直結デフは左右の回転差を許しませんから、必ずどちらかのタイヤが滑ることになります。
通常はコーナーで荷重が外側に移動するため、外輪のグリップが上がり、結果滑るのは荷重が減った内側になりますね。
つまりアクセルオフ状態で、内側のタイヤが滑って本来走るのに必要な回転数よりも多く回ることになります。
例えば本来なら10mの距離を8回転でグリップして曲がるラインを描くとしたなら、滑って10回転回ってしまったりするわけです。
さて、この時に内側のタイヤにはどんな力が働くでしょうか？？　
これは、タイヤの回転数が多めに回るわけなので、ホイールスピン加速をしている状態ですね。
よって車体の内側は加速しようとします。 そして内側のタイヤ自体には路面がタイヤにブレーキをかける力として働きますね？ つまり路面があたかもブレーキパッドのような役割をすることになり、内側のタイヤには回転数を減らそうとする力が働きます。 ところが厄介なことにデフが直結だとその力は当然、外側にも伝わります。
結果、滑らずグリップしている外輪にブレーキを掛けてしまうのです。

つまり、車体の外側には減速方向の力がかかります。 この時アクセルを踏んでいなければ、実際に自動車はこのブレーキ効果により減速します。（アクセルを踏んでいても、パワーを喰われますね）
これは、いわゆるLSDのブレーキング現象の一つと言って良いでしょう。

まとめると、内側のタイヤは多めに空転してタイヤの動摩擦係数の力で、つまり最大のグリップ力で前に進もうとし、外側のタイヤは逆にブレーキを掛けて後ろ方向に力をかけます。 もう何が起こるか分かりますね？　
この左右のタイヤに掛かる逆方向の力が回転における“力のモーメント”となり、車体のヨーを戻し真っ直ぐの方角に向ける力、つまりアンダーステア方向にする力として働くのです。 図2。



図2　直結デフは、減速時、エンブレ時にヨーを戻す。

そして、エンジンブレーキではなくブレーキを掛けていると、タイヤがロックしない限りこの効果はより大きくなりますね？　
内側に掛かる力は同じで、外側にはもっと大きな減速する力がかかりますから。
つまりブレーキを残す運転だと、より大きなヨーを戻す力が働くことになります。

今回は分かりやすいようにデフが直結の例としましたが、2wayのLSDでも同様です。
減速時にも効く2wayのLSDは、一般にブレーキやエンジンブレーキを使ったターンイン時に曲がらないと言われていますね？　
その物理的な理由は、上記のとおりです。 それを解消するために、減速時には効かない（ロックしない）1wayのLSDや、はたまた減速時に少しだけ効かせる1.5wayなんてのも有るわけです。

そしてこのヨーを戻す力は、左右輪の荷重移動量が小さいほど大きくなりますね？　
内側の荷重が大きければ、F=μNより、内側のタイヤは外輪に大きなブレーキを掛けるし、内側のタイヤ自身は大きな力で前に行こうとしますから。 良くLSDを入れた車で交差点を曲がる時に、内側のタイヤを「ガッガッ」と引きずったりLSDからバキバキ音がする事がありますが、これは低速のため荷重移動が少なく、更にRが小さいため左右輪の回転差が大きくなるからでしょう。
逆にハイスピードでコーナーを攻めこむなどすれば左右の荷重移動が大きくなり、更に内側のタイヤが浮いてしまえば、つまりインリフトしてしまえばこのヨーを戻す力は働きませんからね。
よって、左右の荷重移動が大きい状態から減速する際には、2wayのLSDでもアンダーステアの効果は小さめとなることになりますね。

ちなみに2wayのLSDを使ってターンイン時に曲げる方法の一つとして、内側だけでなく外側のタイヤも滑らせてしまうという方法が有ります。 そうすれば、このヨーを戻す力がスピンしない方向の力として働き、ヨーのコントロール性が上がることがあるでしょう。 ドリフト走行などで2wayが人気なのは、外側のタイヤも滑らせて曲げることが前提だからでしょうね。

2wayのLSDは悪く言えばターンイン時にアンダーステアですが、これはタックイン挙動を抑えて車体を安定させてくれるとも言えます。 荷重曲げなどをマスターして車を曲げるのが得意な人は、2wayの方が車体が安定するのでブレーキングを詰められるかもしれません。 だからそのような目的で2wayを入れるのも有りでしょう。

LSDの形式を1wayにするか2wayにするか迷っている人がいたら、こんなことも参考にしてみてください。


さて、次回は加速時についてです。
今回の話をヒントにして、加速時にはどうなるか、是非自分で考えてみてくださいねっ。


続く……。

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