車の軽量化によるメリット・デメリット|静粛性や安全性が低下する

目安時間:約 15分

「車の軽量化」は、いまや世界中の自動車メーカーが力を入れている課題です。

 

車が軽くなれば、それだけ少ないエネルギーで走ることができるため、燃費を向上させることができるからです。

 

しかし、車の軽量化はいいことばかりではなく、軽量化による欠点もあるんです。

 

そこで、『車の軽量化によるメリット・デメリット』についてお話ししますね。

 

 

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車の軽量化による最大のメリットは「燃費性能の向上」

30~40年前の国産車は、現在の車よりかなり軽く作られていました。

 

しかし、最近の車はどんどん重くなっていて、軽自動車でも1tを越える車があります。

 

昔より車が重くなったのは、主に安全性能や快適性能の向上によるもので、衝突安全ボディの採用などにより、ボディそのものが重くなっているんです。

 

 

一方で、個々の部品を軽量化するなど、各メーカーは「車の軽量化」に取り組んでいます。

 

車が軽くなれば「燃費性能の向上」という、最大のメリットを得ることができるからなんです。

 

 

たとえば、同じパワーエンジンを積んでいる2台の車があった場合、重量が軽い方が加速がよく、燃費も向上するためCO2排出量の削減もできます。

 

EV(電気自動車)の場合でも、電費性能が上がり航続可能距離が伸びます。

 

 

ほかにも、特にスポーツモデルの場合は、「走る」「曲がる」「止まる」といった運動性能の向上につながります

 

そのため、高コストになりますが、より軽量なアルミ素材のCFRP(炭素繊維樹脂)が使用されることが多いです。

 

その結果、カーブを曲がる時やブレーキの時に、その重量から受ける負担が軽減され、運動性が向上しました。

 

車にとって軽量化は、“いいことずくめ”なんですよ。

 

 

ちなみに、マツダは軽量化へのこだわりが強いメーカーです。

 

現行ND型ロードスターは、まさにその典型例で、先代NC型から全体で100kgを越える軽量化を達成しました。

 

たとえば、材料置換では、新たにフロントフェンダーや前後バンパーレインフォースなどもアルミを採用したり、高張力鋼板の使用比率を大幅にアップしたりしました。

 

 

ほかにも、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」をコンセプトにしています。

 

強度を落とさずに板厚を薄くして軽量化するために、フロントフレームの十字形状や、リアフレームのダブルハット形状を最適化させました。

 

 

さらに、“グラム作戦”と称して、細かい数々の軽量化も行っています。

 

サスペンション周りに70カ所以上に穴を開け、数百グラム削減したり、溶接個所やサイドウィンドウの下側を波型にカットしたり、まさにグラム単位の軽量化に取り組んでいるんですよ。

 

現行ロードスターのボディは、軽量化の塊のようなものなんです。

 

 

車の軽量化によるデメリットについて

車に限らず、飛行機や電車など「動くもの」はできるだけ軽く造りたいと、技術者は考えています。

 

しかし、剛性や強度を確保しながら軽量化することには、当然ながらコストがかかります。

 

 

レーシングマシンや航空機のように、車体の全部をCFRPで造れば膨大な費用がかかるため、一般車ではできませんよね。

 

さらに、量産車となると、できるだけリーズナブルな価格で提供しなくてはいけないため、コストを抑える必要があります。

 

 

そのため、軽量化も価格とのバランスが重要になってきます。

 

技術者たちは、決められた予算のなかで、車の軽量化に取り組まなくてはいけないため、車は軽くできたけれど、他のところで不具合が出てしまうことがあるんです。

 

 

いいことが多いように思える軽量化ですが、軽量化によるデメリット(不具合)もでてきてしまうんですよ。

 

静粛性が低減する|デメリット1

車の軽量化による不具合の中でよくあることは、NVHの悪化です。

 

NVHとは、「ノイズ・バイブレーション・ハーシュネス」の略で、すべて車の振動に関係しています。

 

・ノイズ 空気の振動

・バイブレーション 主にパワートレーン系から発生する振動

・ハーシュネス 一般的にタイヤから伝わる振動

 

この3つの振動が、乗員への乗り心地に影響しています。

 

 

しかし、NVHは軽量化と対立関係にあり、双方をうまく満足させることが難しく、車を軽くすると振動が激しくなってしまうんです。

 

 

車の静粛性は、防音材と遮音材を使うことによって保たれています。

 

たとえば、アンダーコートやフロアマットなどを、すべてを剥ぎ取ったレーシングカーは、騒音の固まりです。

 

たとえ、エンジンやマフラーがノーマルな一般車でも、遮音材を適切に使わないと、騒音がうるさくて乗ることができないんです。

 

 

軽量化は、基本的に余計なものを削ることから始まりますが、軽量化を優先し過ぎて必要な遮音材まで削ってしまうと、静粛性を悪化させてしまい、逆に商品性を下げることになってしまうんです。

 

 

また、パワートレーン系も、軽量化と静粛性の両立が難しいところです。

 

現代の熱効率重視のエンジンは、CAE(コンピュータ支援エンジニアリング)ソフトをぐりぐり回して、ムービングパーツやブロックの剛性を軽量化、最適化しています。

 

この方法では、エンジンの騒音を低減させることが難しいため、現状は騒音を抑えるために、パワートレーン周りにウレタンなどの遮音材を張り付けるケースが増えています。

 

 

そして、足回りから伝わるハーシュネスの振動は、不具合の中でも一番厄介です。

 

現在販売されている車で、スタンダードとなっている車のボディ構造が「モノコック構造」なんですが、このモノコックボディを軽くするためには、高張力鋼板を使って板厚を薄く必要があります。

 

しかし、この「薄くて硬い鉄板」は、路面から入ってくるショックに対して敏感で、鉄板が振動することによって、空気も振動して騒音となってしまうんです。

 

 

快適なドライブを楽しむには、騒音はできるだけ小さいほうがいいですよね。

 

今後、軽さとNVHを両立させるには、剛性と強度だけでなく、振動の課題も一緒に解いていかなければならないんです。

 

衝突安全性に影響する|デメリット2

なぜ、現代の車が重くなったかといえば、半分はエアコンやパワーステアリングなどの、快適装備の増加で、もう半分は衝突安全性能の向上です。

 

 

1980年代の終わりの頃までは、衝突安全性について、それほど厳しくなかったため、車は軽くできていました。

 

しかし、NHKのテレビ番組で、「北米仕様車と日本仕様車では、安全装備に違いがある」という特集が放送されたため、一般ユーザーに衝突安全性という概念があることが広まりました。

 

このこともあり、1991年にデビューした次世代100系カローラは、衝突安全装備が備え付けられ、車重は100kgも増加したんです。

 

 

その後、エアバックの普及や、衝突実験を公表するJNCAPの開始が行われるようになり、どのメーカーもJNCAPでいい点を取ることが、車体設計の課題となりました。

(JNCAPとは、国土交通省が、市販されている車の衝突時の乗員保護性能やブレーキ性能などを試験し、評価結果を公表する制度)

 

 

現実に、どんどん重くなっていく車ですが、それを何とか食い止めようと、衝突エネルギーを効率よく吸収する構造の工夫や、よく引っ張り強度の大きい高張力鋼板の採用を拡大など、いろいろな所で技術革新が進んでいます。

 

ですが、衝突安全性能の水準もどんどん引き上げられているため、軽量化という面では焼け石に水で、努力は報われていない状況なんです。

 

 

そんななか、スズキの軽量化に対する考えが注目されています。

 

衝突試験は、決められた速度で車をバリア(コンクリー卜製の障壁)に衝突させます。

 

衝突したときに大事なのは、いかにキャビンスペースを変形させずに守るかという部分で、そのためには、クラッシャブルゾーン(衝撃を吸収する部分)を、ゆっくり効率的につぶし、エネルギーを吸収する必要があります。

 

 

JNCAPのような一定のテスト要件で好成績を挙げるためには、軽量化より衝突エネルギー吸収能力を高めるほうが有利なんです。

 

しかし、スズキは、あえて衝突試験のトップを狙わないほうが、ユーザーの総合的なメリットが大きいと考えました。

 

車が軽くなれば、その分クラシャブルゾーンが負担するエネルギー量は、重量に比例にして確実に減ると考えているんです。

 

 

衝突安全性能だけが高くても、ほかがダメではトータルとして優れた車とはいえません。

 

今後は、衝突安全性能の向上と軽量化のバランスについて、見直す必要があるかもしれませんね。

 

 

車の軽量化に重要なことは、車体だけでなくパワートレーンなど全ての面を軽くしていくこと

高級車を中心に軽量化のために、CFRPやアルミなどに材料置換されていますが、高コストのため一般車の材料置換はまだ先のことになりそうです。

 

そのため、当面は高張力鋼板などスチール素材の進化に期待することになります。

 

 

しかし、鉄の可能性もまだまだ侮れないんです。

 

最近のボディ構造として、引っ張り強度1ギガパスカル(1平方cmあたり約10トン)なんていう、高張力鋼板も実用化されています。

 

さらに、プレス性の悪い高張力鋼板の欠点を補うための、熱間プレス成型(金型内の部品を温度が上昇した柔らかい状態で成形して、急冷すること)は、軽自動車でも普通に使われるようになっています。

 

 

さらに、衝突エネルギーを吸収するビームを、蛇腹(じゃばら)状につぶすために、特殊な焼き入れや、合金成分の違う鉄を挟んでからプレスと焼き入れを行う技術など、びっくりするようなハイテク化が進んでいるんです。

 

 

車の軽量化は、車体だけでなく、パワートレーンや艤装品(車の本体に付随する装備品)など、トータルの軽量化が必要です。

 

賛否が分かれるかもしれませんが、ボディサイズの縮小も軽量化の課題にしてもいいかもしれません。

 

また、最近の車は、側突対策で車幅が広がっていき、Cセグメントでも幅1800mmというモデルが珍しくないです。

 

この現状を見直すのも大切なことです。

 

 

このように、できるだけ軽量化したい日本の車は、どんどん進化しています。

 

今後、車がどのようになるのか、想像するだけでも楽しいですよね。

 

国産自動車メーカー8社の軽量化熱心度

 

トヨタ △ イメージ的にはやや薄い感じが否めない

ホンダ ○ レジェンドやアコードではかなり熱心に取り組む

日産  △ ここ最近ではやや軽量化のイメージが薄れている

マツダ ○ 車種によってスズキに匹敵するこだわりを見せる

スバル ○ 新世代SGPは剛性向上がメインとなるが・・・

三菱  △ 他社に比べて出遅れているイメージがある

ダイハツ○ ミライース登場時には脚光を浴びていたのだが

スズキ ◎ 現在、国産ナンバーワンの軽量化へのこだわり

(引用元:ベストカー)

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