4WSとは?

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四輪操舵機構のこと

4WSは英語表記 4(four) wheel systmの頭文字を併せたもので、四輪操舵機構を示しています。四輪操舵機構とは四輪全てに操舵の仕組みを搭載したものです。

私たちが日頃運転している自動車がそうであるように、多くの自動車は前輪に操舵機構を持つのが一般的で、4WSの車種は全体的に少ないです。

4WSのしくみ

四輪操舵機構は、前輪にも後輪にも同じような操舵機構を設けるわけではありません。前輪の操舵機構はラック・アンド・ピニオンで、ステアリングを回して操作することで舵角を決定するわけですが、後輪の操舵はステアリングがどれくらい回っているのか(舵角がついているのか)に連動します。ステアリングが前輪と後輪の操舵の両方を担うということです。

交差点やカーブに進入する時にはステアリングを進行方向へ回すことで車を曲げていますが、具体的に車が進行方向を変えられる要因には横滑り角の存在があります。

横滑り角はスリップアングルの名称でも知られています。横滑り角が付いた時にコーナーリングフォースが発生することで、自動車は進行方向を変える(曲がる)ことができます。

横滑り角の増加によるコーナーリングフォースの発生量の増加は限界があります。それは、オーバースピードでカーブを曲がりきれなかったり、ステアリングを切り足しても(さらに舵角を与えても)それ以上に曲がらないことからも分かる通りです。

後輪が操舵されればスリップアングルがつき、コーナーリングフォースが発生します。曲がる力を生み出す点では、このように考えるのは当然の帰結と言えるでしょう。

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4WSの種類

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四輪操舵機構にもいろいろ種類があり、後輪の舵角がつけられる方向(後輪が向く方向)や、舵角を生み出す仕組みの2つで分類することができます。

同位相方式と逆位相方式

後輪の舵角がつけられる方向に注目すると、同位相方式と逆位相方式の2種類に分けられます。同位相方式は前輪と同じ方向へ後輪の舵角を当てる4WSで、逆位相方式は後輪が前輪とは反対の方向へ向くようにする4WSです。

例えば左カーブを曲がる時、同位相方式では後輪は左を向き、逆位相方式では右側へ向くことになります。

2種類の4WSがあると述べましたが、実際の4WS車両は同位相方式と逆位相方式の両方が採用され、操舵角と速度域に合わせて使い分けるのが一般的です。

速度域で同位相方式と逆位相方式を使い分ける理由は?

同位相方式と逆位相方式が速度域で使い分けられるのにはステアリング操作が関係しています。

例えば、高速道路で車線変更する時のステアリング操作と、駐車場で後退駐車する時のステアリング操作は全く異なります。前者ではほんの少し動かすだけですが、それに対して後者では多く回すことは、周知の通りです。

高速度域では車体は安定するに越したことはありませんし、低速度域なら小回りが効くほうが融通が効いて便利です。そのような速度域ごとに求められる(必要な)ものを実現するように工夫した結果と言えるでしょう。

機械式と電子制御式

また、4WSは機械制御式や電子制御式というように分類されることもあります。偏心シャフトやギアなどを利用して機械的に後輪を操舵するものや、アクチュエーターによる電子制御で操舵するものなどです。電子制御式は機械式よりも複雑な操舵制御を可能とします。