電動化するとして
2030年迄にEVを○○車種販売する、、、そんな話は結構良く聞く。日本メーカーならトヨタが先頭を走り、それをホンダ、日産が追い掛けるというパターン。
で、それって凄いことか？と思ってみると、実は最近はそうではないのか？という気の方が強い。っていうのは、そもそもEVってのは、構成的にどうよ？って考えると、内燃機関の車両以上に、パワートレーンの共用化の難易度は高くないのでは？という印象。そして、EVのパワートレーンの核である電動機を如何に配置するか？というと、既存の内燃機関に置き換えて電動機を配置するというモノから、E-4WDに代表される駆動輪を既存の内燃機関のパワートレーンとは独立させて直接駆動するモノ、過去の提案ではインホイールモーターを利用して車輪を直接駆動するモノ等が考えられるが、電動機の場合、出力と航続距離というと基本はバッテリーとモーターの公称値次第だが、公称値が異なる仕様であっても機械構造的には殆ど変わらないのが特徴。そう考えると、今後8年間で30車種を販売するとしても、年間のリリース数は4車種に満たないけれど、構造のシンプルさを考えると、リリース自体が大それたモノの様にも思えない。内燃機関の車両の開発の方が遙かに難易度が高く手間が掛かるのでは？という風に思えるモノ。
ただ、電動化においてモーターを如何に配置して利用するかという部分で、近年主流のE-4WD等で後輪をモーターで直接駆動させるタイプや、変速機を与えずにモーターでシンプルに駆動するタイプというのは、将来的にも主流で在り続けるか？というと、そうでない可能性の方が高いのでは？という風にも考えられはしないだろうか？
現代のEVの魅力として低回転で大トルクを発生するという表現が少なくないけど、裏を返せば、回転上昇するにつれてトルクが下がるということ。では、なぜ起動時に最大トルクが発生し、回転数が上がるにつれてトルクは下がるのだろうか。
それは、トルクがコイルに流す電流に比例し、トルクの元である電磁力は、磁束密度、コイルの長さ、電流に比例する。そして、回転数が上がるほど、モーターの回転を維持するのに必要な力は大きくなり、発生するトルクは小さくなる。そうすると、モーターの回転数は、発生トルクと負荷がバランスする点で安定する。モーターについて詳しくは無いが、機械であるからには、全域で高いトルクを効率良く発生し続けるというモノではないというのは事実だろう。
事実、現在のHV車においては、高速走行が苦手であり、それを解消するためにモーターの後に機械的な変速機を採用しているモデルが、高額な車両を中心に存在している。
そのように考えると、現在の電動車のラインナップで多くを占めるモーターで直接駆動するというタイプは、今後淘汰されていくのでは無いだろうか？
現在の電動化車両は、スタート時における強大なトルクを売りしているモノが少なくないが、一方で高速走行は苦手としている。では、何故にこのような特性となっているのか？を考えると、高速走行で必要な能力を変速機無しで得るために、このような電動機を選択したがために、低速時には過大なパフォーマンスを得たという結果論のように考える事が出来る。言い換えれば、低速時における過大なパフォーマンスというのは無用の長物とも捉える事が出来る訳だ。低回転で必要なパフォーマンスを得つつ、高速域で過不足無い能力を発揮させるというのであれば、モーターで直接駆動するという考え方よりも、内燃機関であるエンジン車両のスタンダードな構成である変速機を介して駆動する方が合理的では無いだろうか？
それを考えると、現在のHVに多い電動化車両の、内燃機関での駆動部分とは別に、電動機で直接駆動するという構造は、モーターの苦手な部分を内燃機関に任せてある構造とも考えられ、この構造では、内燃機関による駆動系を廃してしまうと、モーターだけでは望む動力性能は全く得られないか、得ようとすれば、低速域、高速域のどちらかで過剰な性能、物足りない性能に陥ってしまうのでは無いだろうか？
今後の電動化の流れを考えると、既存のHV前提でシンプルなモーターの配置方法ではなく、モーターの基本的な特性が、実は内燃機関と同様に、効率良い運転状態が極狭い範囲に限られているという理解で進める場合、現在の内燃機関で駆動する車両の動力部分のみを電動機に置き換えた車両、つまり、駆動前に変速機を介在させる構造というのが、理想的と考えられるのでは無いだろうか？
全く参考にならないかもしれないが、昔の電動R/Cカーでは、高回転型のモーターを搭載して高い性能を発揮する構成もあったけれど、一方でモーターと駆動輪の間に2スピードの変速機を介在させる構成も存在した。実際に変速機を介在させた車両を走らせると、変速が切り替わった瞬間に一段と速い速度域で加速を続けるという走りが得られて、結構、感動したのを覚えている。このR/Cカーは今でも所有しているけど、こういう風に電動車でも変速機は有効なのでは無いだろうか？
現在の内燃機関を用いたHVから、電動車両であるEVを各社が目指している状況だが、どんな開発方法が無駄なく理想的か？を考えると、多くのメーカーが採用している複数モーターを用いたHVシステムというのは、将来的な純電動車をゴールと見据えた時には、駆動用モーター以外の部分の多くは無駄な存在に為っていくのでは無いだろうか？
電動車の最終的な構成を、如何に定めるか次第だが、モーターの特性を考えると、個人的にはモーターであっても駆動前には変速機を介在させる方が望ましいように思う。そうで有れば、現在のHV車構成で将来のEV化への発展性を考えると、電動機は、E-4WDのように駆動輪側に直接取り付けるのではなく、動力経路で言えばトランスミッションよりも上流のエンジン側に配置して接続するというのが正しい選択のように思う。エンジンとモーターを如何に協調させるか？というのがHVシステムの鍵であり、協調して取り出した動力を経トランスミッションを介して駆動輪に伝えるという構造こそが最重要なのでは無いだろうか？
そう考えると、未来の自動車像として描かれている既存のエンジン車のようなボンネットを持たないデザインよりも、実は、既存のエンジン車とフォルム的には大きく異ならないデザインの車両が生まれてくる可能性が高いように思う。最終的なEVの理想的な形というのは、現代のHVのE-4WDで採用されている電動機で直接駆動輪を駆動するタイプとは異なる形に行き着く可能性も否定出来ない。電動機の特性を考慮すると、変速機を介さずに電動機のみで全てを賄おうとすれば、低速域で過剰な出力、或いは、高速域で不足する出力という一方を諦める形に留まるのでは無いだろうか？現状のHVシステムの場合、低速域を電動機、中高速域を内燃機関で賄う構成故に、システム全体としては問題となっていないが、将来的な脱炭素のゴールが内燃機関を使わない純EV車として捉える場合、内燃機関の担っていた機能を、既存のEVシステムだけでカバーするというのは簡単では無い。EVの創成期である現在では、中高速域で価格に見合った動力性能を与えるためにチョイスした電動機によって低速域では過剰とも言える出力を発揮するEVが数多く見られるが、過剰な出力という時点で、エネルギーの使い方としては無駄以外の何物でもない。どの速度域においても実用上問題無い性能が得られるというのが理想であり、それを実現するには、車体に駆動輪を直接駆動する電動機を配置して、ハイ終了！って作り方では不可能では無いだろうか？こういう作り方であれば、自動車メーカーでなく、家電メーカーや新興メーカーでも自動車を生み出す事は可能だが、将来的なEVの完成形として、電動機の最適な能力を発揮する領域が内燃機関同様に限定的であり、効率の良い運転状態を、広い速度域で提供するという前提ならば、トランスミッションは必須であり、そうなると、パワートレーンの構造というのは、既存の内燃機関の車輌と原動機部分が置き換わるだけで、それ以外は殆ど変わらないという風に為らざるを得ない。そうなると、新興EVメーカーの多くは淘汰されて消えていくのでは無いだろうか？
脱炭素社会に於ける自動車のゴールがEVとは限らないが、電動化という技術が消えて無くなることは有り得ない。電動化によってトータルでエネルギー効率を高めるという考え方を進めていけば、ゴールというのは内燃機関と電動機がシステムをシェアして共存するというのが最も可能性が高いように考える。大事なのは、内燃機関にしろ、電動機にしろ、過大なパフォーマンスは不要ということ。このように考えると、動力部分は内燃機関と電動機を如何に協調させるかが重要であり、協調して得られた出力はトランスミッションを介して駆動輪に届けるという構成が最も合理的だと考える事が出来る。
その場合、フルラインで電動化車輌をラインナップしていこうと思えば、既存の内燃機関車輌と同様に、カテゴリーに応じて適切なパッケージを提供するという考え方が重要。こういうゴールを掲げると、今行うべきは、カテゴリー別に内燃機関と電動機を協調させて、そのシェアする比率を自在に変える事が可能な基本構成を生み出して磨いていくというのが正攻法なのではないだろうか？今、日本の自動車メーカーは各社工夫を凝らした電動化システムを提供しているようだが、内燃機関と電動機を同軸に配置して、その動力比を仕様に応じて変化させる事が可能な形態を作り、トータルとして必要な出力を変速機を介して駆動に伝えるという構造が、個人的には最も合理的な構造であるように思う。
マツダの新しいラージ系FR群は正にそういう構造だが、スモール系FF群のMX-30のEV車を見ると、モーターの横にREを同軸配置可能な構造となっており、考え方としてラージ系FR群と全く同じ考え方が展開されているように伺える。
マツダのラージ系FR群に対しては、世間の逆張り的な論調も少なくないが、トランスミッションの上流側の原動機部分は、内燃機関のみ、強力な内燃機関＋小さなモーター、通常の内燃機関＋大きなモーター、モーターのみという構成が可能。更に、原動機とモーターの間にクラッチを配置する事で、HVシステムとしてパラレルでもシリーズでも運用する事が可能となっている。電動化技術を使って車輌全体のエネルギー効率で最大を突き詰めるという考え方が行えているかどうか？それが、発展性をもっているかどうか？を考えると、年数を区切って多くの車種数を宣言するメーカーよりも、電動化伸展の度合いについては、実は最も具体的で実践的な取り組みを行っているように見える。
ラージ系FRが登場した後には、マツダ2かマツダ3かは知らないが、スモールFF群ではREをレンジエクステンダー、PHEV、HVと様々な方法で電動化率を変えたモデルをリリースしていくのでは無いだろうか？電動化というと非常に優れた方法と捉える向きも少なくないが、既存のバッテリーを用いる限り、電動化比率を高くなれば、それに比例して重量が過大になるのは不可避。この重量増というのは、自動車にとっては大敵なのも事実。特にスポーツカーやコンパクトカーの類では深刻な問題となる。その場合、電動化するにしても電動化による重量増のネガを最小限に留めるには、敢えて搭載バッテリー量を抑えた仕様を選択する事が求められてくる。基本デザインが決まれば、RE＋モーターを縦置化したスポーツモデルや、街乗り専用のコンパクトカー等の登場も、それほど大きな手間とコストを掛けずとも生まれてくる事も期待出来る。
各社の電動化の取り組みを見て、個人的には今回のマツダの手法が最も合理的で進んでいるように感じる。