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  • 2019/06/24
  • Motor Fan illustrated編集部

マツダ ロードスター 990kgの軽さを実現したボディと「剛性感」の理由

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スチールをハイテン材やアルミ材に置換するだけで、都合良く軽量化が達成するわけではない。必要な衝突安全性能を確保しつつも、剛性については数値ではなくフィーリングを重視することで軽量化に結びつけた。

TEXT:世良耕太(Kota SERA) FIGURE:MAZDA/MFi

 ロードスターはマツダが社内で呼ぶ第6世代車種群の6モデル目にあたる2012年のCX-5以降、15年のCX-3まではフロントエンジン・フロントドライブあり、エンジンを横置きに搭載していた。だが、ロードスターは縦置きだ。アテンザもアクセラもデミオも屋根がついている(クローズド)が、ロードスターはオープンである。第6世代車種群に共通するSKYACTIV(スカイアクティブ)ボディの思想は受け継ぐが、当然ながら、ロードスター固有の条件に合わせて最適化がなされている。

 受け継いでいる思想とは例えば、基本骨格を可能な限り直線で構成する「ストレート化」であり、各部の骨格を協調して機能させる「連続フレームワーク」のコンセプトだ。これらは、狙いとする衝突安全性能を実現するための必要な強度を確保する際、効いてくる考え方だ。ロードスターはオープンボディだから、フロント・サイドメンバーで受けた衝突エネルギーをアッパー側のロードパスに伝えることはできず(存在しないので)、ロワー側のロードパスだけで成立させなければならない。

 エンジンをフロントミッドに積むと聞けば、衝突安全性能面で有利に働くと想像しがちだが、実はエンジン横置きモデルに比べて「クラッシャブルゾーンのスペースは苦しい」。そう教えてくれたのは、パワートレーンを除く車両系部品について副主査を務める髙松仁氏(車両開発本部 車両開発推進部)だ。ミニマムなパッケージングを徹底すべくオーバーハングを短くしたため、クラッシャブルゾーンが小さくなってしまったのである。スペース的に苦しい状況で衝撃吸収性を確保するブレイクスルーが、サイドメンバーの前端を十字断面形状にしたクラッシュカンである。軸方向(前後方向)に蛇腹のように変形し、この部分で大きなエネルギーを吸収させる。スカイアクティブボディに共通する技術だが、「オフセット成分に対して強度が不足していると、すぐ座屈してしまう。座屈させずに軸直角方向に対してのみ変形させるよう設計するのに相当苦労した」(髙松氏)という。

 アッパー方向のロードパスがないぶん、強度的な後ろ盾となるのが、フロアトンネルを形成する、先端がY字に開いたバックボーンフレームだ。エンジンは後方に搭載したいが、フロント・サイドメンバーとのY字のつながりの部分はクランク状にせず、連続的につなぎたい。「そこだけは徹底的に死守した」と強調する。

 強度と対になる剛性については「値」ではなく「感」を重視した。すなわち、剛性感である。「強度は物理的に決まってきます。あとは入力の方向をどれだけ正確に把握するか。剛性の行き着くところは剛性感です。だから、一次のベンディング(曲げ)であるとかトーション(ねじり)方向の機械的な剛性値を上げるアプローチは正直捨てました」

 これも、マツダの第6世代商品群に共通する思想だ。キーになるのは変位。

 「フロントに舵角が入るとコーナリングフォースが発生します。それだけではフロントが回るだけなので、リヤタイヤまで伝達させる。伝達関数的に考えると、どうしても遅れが出るのですが、その遅れが適切であれば、しっかりした性感が感じられます。それにはトーション方向やベンディングの剛性値はあまり関係なくて、サスペンションがスムーズに動いてくれることの方が大切。上下方向の入力はサスタワーのトップに入ってきますし、横方向はロワーおよびアッパーアームから入ってくる。ここを局所的に必要な剛性を確保しておけば、他の部分は従来考えていたほど高い剛性は必要ありません。ドライバーであろうとパッセンジャーであろうと、人はクルマの重さを感じているわけではありません。重いクルマの変位量と軽いクルマの変位量が同じであれば、剛性感は同じように感じます」

 ロードスターの場合、ドライバーはヨーセンターに近い位置に座っているので、物理的な変位量を感じにくい。そう表現すると語弊があるかもしれず、過小でも過剰でもなく、剛性の高さを感じられるパッケージだ。

 ロードスターはこうして必要な箇所だけ必要な剛性を確保したので、それ以外の部位は板厚に頼らなくて済んだ。剛性値の確保は板厚に依存する部分が大だが、その手法に頼らなくても済んだので、ハイテン材の使用範囲を広げて軽量化を推し進めることができた。

 このクルマはアフォーダブルな価格で売るという目標設定も掲げているので、高価なアルミの採用には慎重になったという。ただし、「質量を下げて軽快にする」という目標も掲げており、バランスの問題。アルミを使う場合は、車両運動特性上効果の高い位置(つまり重心点から遠く)に配するよう心がけたという。

MAZDA ROADSTER(ND型)

「2人乗り小型オープンスポーツカーの原点回帰」をコンセプトに開発したのが、4代目にあたる新型ロードスター。理想的な位置に人を乗せ、ミニマムに設計。前後のオーバーハングを切り詰めているので、衝突安全性能を確保する意味でのハードルは上がった。

アルミ使用部分

アルミは重心点より遠く、ヨー慣性モーメントを小さくするのに効果のある位置に使いたい。それが基本姿勢。ボンネットフードやトランクリッドもその意味で効果の高い場所だが、ユーザーが手に触れる機会が多く、軽さを実感しやすい点も評価されての(継続)採用。前後バンパーレインフォースメントなどは新規にアルミ化した。

乗員配置とセンタートンネル/フレーム構造

適正なポジションで座らせるためにも、乗員を中央寄りに位置させたい。そのためにセンタートンネルを細くしたいが、それにはエンジンとデフを結合するパワープラントフレームが邪魔になる。先代でZ字形だった断面をコの字形にすることでスリム化に貢献しつつ、必要な剛性を確保するための最適形状を導き出し、同時に重量軽減穴も最適化して約1kg軽量化した。とくに縦方向の曲げ入力に対する剛性が重要。先代もアルミだったが、現行モデルもアルミ製。

ボディ構造

基本骨格を可能な限り直線で構成する「ストレート化」と、各部の骨格を協調して機能させる「連続フレームワーク」のコンセプトは、CX-5 以降の第6車種群に共通する設計思想。オープンボディのロードスターはフロント・サイドメンバーからアッパーへのロードパスが存在しないので、Y字形のフロント部を持つバックボーンフレームが重要になる。

ハイテン鋼の使用部位(ボトム部分)

ボディシェル重量は先代比で約20kg 軽量化。高張力鋼板、超高張力鋼板、アルミ材の使用比率は、先代モデルの58%から71%に拡大。270MPa スチール、390/440MPa、780MPa ハイテン材の使用比率は減り、590MPa、1500MPaハイテン材の使用比率は増え、980MPa、1180MPaハイテン材は新規に使用。

理想フレームワークボディ

連続する大断面フレームワークと強固なバックボーンフレームの構築

フロント・サスペンション

アンダーカバーも剛性部材として活用した高効率構造

リヤ・サスペンション

コーナリング時の荷重入力特性を踏まえた高剛性トラス構造

フロント・ボディ&サスペンションによるマルチフレーム化

サスペンションのクロスメンバー(井桁状のフロント側2点)にフロント・サイドメンバー先端のクラッシュカンに相当する衝撃吸収の役割を受け持たせている。これに関しては、サスペンションのエキスパートとボディのエキスパートがタスクチームを結成し、開発にあたった。

リヤ・ボディ&サスペンションによるダイアゴナル剛性の向上

ボディフレームの一部をリヤサスペンションクロスメンバーの一部として活用し、それをトラス形状とすることで、軽量化しながらリヤまわりのねじり剛性を向上させた。フロントと同様、ボディ側とシャシー側の垣根を取り払って開発。どういう構造にするのが一番効率は高いのかという概念で設計。

ハイテン鋼使用部位(トップ部分)

「必要な部分に必要な剛性があればいい」という考えをボディ設計に反映。タイヤ~サスペンションからの入力を受けるフロントダンパーマウント部とサスペンション取り付け部を、サイドシル、ヒンジピラーとつないで環状構造化し、サスペンションの支持剛性を向上させている。
トランクリッドは先代と同様アルミ材を採用。手に触れて「軽量」であることを実感できる仕掛けも込められている。高速回転するツールを押しつけ、そこで発生する摩擦によって隣り合う素材を混ぜ合わせ、接合する摩擦撹拌接合の痕が見える。

ハイテン材・ホットスタンプ材の使用部位

先代ロードスターはフロントバンパーレインフォースにホットスタンプ材を使用していたが、新型ではアルミ材(7000系)に置換し、前後合わせて3.6kg軽量化。新型はバックボーンフレームの二股部分にホットスタンプ材を使用。それ以外のバックボーンフレームは590MPa にランクアップしている(先代は390/440MPa を使用)。サイドシルは390/440MPa→1180MPaにランクアップ。

主要アルミ材使用部位

新型はフロントのナックルもアルミ化。大きな入力が入るフロントナックルのアルミ化は開発のハードルが高かったそう。ルーフトップのアルミ化は剛性向上が目的で、走行中の空気剥離による音の低減と開閉操作を楽にするのが狙い。

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