【海外技術情報】アウディ：ハードウェアとソフトウェアの融合。機械システムと完全に相互接続したアウディのハイエンドコントロールユニット

• 2020/09/28
• 川島礼二郎

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先月アウディが制御ユニットに関する技術情報を発表した。現行モデルを例にしつつ、機械システムと完全に相互接続する制御ユニットの概要を説明するものだ。ここでは、それを要約してお届けしよう。
TEXT：川島礼二郎（KAWASHIMA Reijiro）

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　アウディが自動車業界に革命を起こしたのは今を遡ること、ちょうど40年前である。1980年、クワトロ（常時全輪駆動）により「Vorsprung durch Technik（筆者注：アウディのブランドスローガンで『技術による先進』の意味）」を根底から支えるシャシーテクノロジーへの新しいアプローチを発表した。それが今では、Electronic Chassis Platform（ECP）によるスマートな相互接続により、電気機械式アクティブロールスタビライゼーション（eAWS）、予測アクティブサスペンション、Dynamic All-wheel Steering（DAS）などの革新的なシャシーシステムは、その可能性を最大限に引き出すことが可能となっている。

　アウディe-tronにおいて、統合ブレーキ制御システム（iBRS）はシャシー開発において、効率が乗り心地とスポーツ性に並んで3番目の変数になることを強調している。将来のビークルダイナミクスコンピューターは、ハイテク制御ユニットとして最大90のコンポーネントを同時に作動させることができるようになる。

統合車両運動制御への道のり

　アウディでは一貫して、シャシーとパワートレイン技術との統合、という考え方を推進している。将来的には、統合型車両ダイナミクスプロセッサが、縦方向と横方向の運動制御だけでなく、エネルギーとパワートレインの管理を行うようになる。ブレーキング中のエネルギーの回生、ミリ秒以内でのダンパー圧縮率の決定、それに車両の正確な軌道維持……それらすべてが同時に行われる。将来のシャシー世代の開発目標は明確である。スポーツ性と快適性との間に大きな広がりがあるなかで、効率化技術の統合が中心的な役割を果たすようになる。

　将来の車両ダイナミクスプロセッサは、縦、横、前後運動のほとんど全部の機能（シャーシ、パワートレイン、および回生機能）を集中制御し、それは今日のECPよりも明らかに高性能となる。それは現在の約10倍の速さで作動して、最大90のコンポーネントを制御する。現在のECPが制御しているのは20のコンポーネントである。しかもそれは、様々なタイプのパワートレイン、つまり内燃機関、ハイブリッドまたはEVといった種類の異なる動力源のみならず、EV用の前輪、4輪または後輪駆動システムにも対応可能な、モジュールとしての使いやすさを備えている。その結果、運動制御コンピューターはcar-to-x機能も加えて、機能オンデマンドという機能を備えることになる。この計算能力の高さは当然、先進的なドライブアシスタンス機能にも寄与する。

　アウディにおけるシャシー技術開発は、それぞれのメカトロニクスシャシーコンポーネントと車両の機能とを、スマートな電子制御を介して強固に相互接続させることを推進している。ECPは2015年にAudi Q7に搭載されてデビューした。それが今日では、Audiの中型、フルサイズ、およびラグジュアリーモデルにおいて、シャシーシステムの個々のコンポーネントアセンブリを相互接続している。このシャシーテクノロジのスマートECP相互接続は、Quattro常時全輪駆動、アダプティブエアサスペンション、ダイナミック全輪ステアリングなどにおいて継続的に開発が続けられており、それによりAudiは優れた乗り心地と高度な運転（運動制御）とを結びつけることに成功している。

後援者としての相互接続。これまで知られていなかった快適性とスポーツ性までを包含する柔軟性

　アウディがシャシーの技術設計に費やした膨大な努力を説明する完璧な例として、アウディSQ7とSQ8で使用されている電気ロールスタビライゼーションをあげよう。スマートな相互接続により、システムはその可能性を最大限に引き出すことが可能であり、その結果、フルサイズSUVのコーナリングおよび荷重変化時のロールが最小限に抑えられる。さらにAudiフルサイズSUVに驚くほど高いラテラル方向のダイナミクス機能を提供することで、ドライバーに印象的な運転体験をもたらす。

　高速コーナリング下においては、スタビライザーバーの電子制御により、スタビライザーがミリ秒以内に最大1,200Nmのモーメントにて遠心力に対抗して車両のコーナー外側をスムーズに持ち上げるので、ロールが減少する。これがより高いコーナリング速度を可能とし、明らかに負荷変動を減少させる。また平坦でない路面などでの直進走行中には、遊星歯車システムはスタビライザーを半分に切り離すことで乗り心地を向上させる。ECPは中央制御ユニットとして、SQ7とSQ8が搭載している他のシャシーテクノロジー（全輪ステアリングシステム、エアサスペンション、クワトロスポーツデファレンシャルなど）からの情報との調和も図っている。

　飛躍的に快適性を高める別の機能がアウディA8で使用されている。それはアクティブサスペンション。電気機械的に作動するフルアクティブサスペンションシステムだ。各ホイールに48ボルトの主電気システムから供給される1つの電気モーターを備えている。アクティブサスペンションの制御信号は、ECPから5ミリ秒ごとに送信される。ベルトドライブとコンパクトな波動歯車により、電気モーターのトルクが1,100 Nmに変換され、スチール製トルクチューブに伝達される。トーションバーの端から、力はレバーとカップリングロッドを介してシャシーに到達します。フロントアクスルにおいては、アダプティブエアサスペンションのエアスプリングストラットとリアアクスルのトランスバースコントロールアーム（ウィッシュボーン）に作用する。

　このようにA8の各ホイールは、個別に追加の負荷を受けるか、あるいは負荷から解放されることで、それぞれが路面に適合する。その結果、あらゆる運転状況において、車両を積極的に制御することができる。アクティブサスペンションの柔軟性のお陰で、ドライビング特性はまったく新しい領域にまで拡大されている。アウディドライブセレクトシステムでダイナミックモードを選択すると車の性格はよりスポーティになり、しっかりとコーナリングする。ロールアングルは通常のサスペンションと比べて約半分であり、ブレーキング中にも車体はほとんど傾斜しない。一方コンフォートモードを選択すると、あらゆる種類の路面状況でスムーズに走行できる。ボディを落ち着かせるため、それぞれの運転状況に合わせてアクティブサスペンションは常にエネルギーをボディに供給したり、解放している。こうしてドライバーと同乗者はパワートレインとドライビングエフェクトから切り離される。

　一方、25km/hを超える側面衝撃が発生した場合、A8のアクティブサスペンションは瞬時にボディを最大80mm持ち上げる。その結果、クラッシュに巻き込まれた他の車は、さらに抵抗力のあるエリアでのみセダンと衝突することとなる。パッセンジャーセルの変形と乗員への影響（特に胸部と腹部について）は、サスペンションを持ち上げない場合の側面衝突の場合よりも50％低くなる。ここにおいてもECPはアクティブサスペンションの起動とエアスプリングなど他のシャーシコンポーネントとの相互接続を担っている。その結果が、最高の乗り心地と最高の安全性である。

アウディe-tronの統合ブレーキ制御システム

　e-tronモデルの統合ブレーキ制御システム（iBRS）は、シャシーとパワートレインテクノロジーの関係性の増加を示している。その結果、効率性が快適性とスポーツ性と並んでシャシー開発の3番目の目的となっている。

　例えば回生システムは、SUV-EVの場合、航続距離に最大30％貢献する。iBRSでは、作動プロセスにおいて、2つの電気モーターと油圧統合ブレーキシステムが用いられており、3つの異なるタイプの回生を組み合わせた最初のシステムである。パドルシフターを使用した手動オーバーラン回生、予測効率アシスタントを使用した自動オーバーラン回生、それと電気減速と油圧減速の間のスムーズな移行、である。e-tronは従来のブレーキを使用せずに、電気モーターのみで最大0.3 gまで回生する。これは、すべての減速イベントの90％以上に相当する。その結果、実際には、すべての通常のブレーキ操作がエネルギー的にバッテリーにフィードバックされる、と言える。

　e-tronのオーバーラン回復レベルはパドルシフターを使用して3段階から選択できる。最低レベルでは、運転者の足がアクセルペダルから離されたときに、追加のドラッグトルクなしで惰性走行する。最高レベルを選択すると、同じ操作で速度を著しく低下させる。ドライバーはアクセルペダルを介して正確に減速と加速することができ、ワンペダルの操作を実現する。減速の場合、ブレーキペダルを使用する必要はない。ブレーキが作動するのは、ブレーキペダルの操作が0.3 gを超えた場合か、あるいはバッテリーが完全に充電されておりブレーキ回復が不要である場合、時速10 km / h未満のときである。

　アウディが世界で初めて電気油圧式作動コンセプトを量産EVに搭載したことで、モーターを介したブレーキ回生から機械的ブレーキ、油圧作動の摩擦ブレーキへの移行を認識できなくなった。この“ブレーキブレンディング”により、従来の内燃エンジンと油圧ブレーキを備えた車両のように、明確に定義された一定の圧力点において、効果的かつ可変のペダル感触を獲得している。ブレーキペダルは油圧システムに接続されていないため、モーターブレーキから電気モーターを経由して従来のブレーキに移行する過程はスムーズであり、ドライバーの足には感じられない。

　これを可能にするのは、複雑な電気油圧システムである。コンパクトなブレーキモジュールに搭載された油圧ピストンが追加の圧力とブレーキングフォースを発生し、回生トルクを補完する。緊急ブレーキ作動の時間は、減速が開始されてからライニングとディスクの間に最大ブレーキ圧力がかかるまで、わずか150ミリ秒である。iBRSは運転状況に応じて、モーター、ホイールブレーキ、または両方の組み合わせ、のうちのどれで減速するか決める。このシステムがSUV-EVの回生能力を最高レベルのものとしている。

　統合ブレーキ制御システムにおいても相互接続は強調されており、iBRSは標準装備の効率アシスタントによりサポートされる。このシステムは、レーダーセンサー、カメラ画像、ナビゲーションデータ、car-to-x情報を利用することで、交通環境とルートを認識します。ドライバーの右足がペダルから離れたらすぐに、それぞれの情報がアウディ仮想コックピットに提供される。オプションのアダプティブクルーズアシストと連携して、効率アシスタントはSUV-EVを予測的に減速および加速することも可能である。