2020年シボレー・コルベット レビュー 第1部：コンポジット材料で構築された傑作

第2部は「コンポジット集約の傑作：2020コルベット 第2部」をお読みください。

2019年7月18日の公式発表以来絶賛されてきた、ゼネラルモーターズ（GM、米国ミシガン州デトロイト）の第8世代シボレー「コルベット」（C8）が、今年初めに商業生産を開始しました。新型「コルベット・スティングレイ」コンバーチブルとクーペは、その美しさだけでなく、GMが比較可能な性能のミッドエンジン車の3分の1の価格——6万ドル未満から——で、ストリートリーガルな高性能ミッドエンジン・ロケットシップを生産したこと、そしてここに記述するように、真に革新的なコンポジットコンテンツの印象的な配列を備えていることでも注目されます。詳細は来月のパート2でお伝えします。

新エンジン配置が全てを変える

GMエンジニアリングはミッドエンジン車となることを前提に予備設計に入りました——8世代で初の量産ミッドエンジン「コルベット」です。「フロントエンジンアーキテクチャを性能面で可能な限り進化させたため、ミッドエンジン設計への移行は、すでに素晴らしい車をさらに改良し、セグメントリーダーとなるための論理的次のステップでした」とGMのタッジ・ジュークター氏（エグゼクティブ・チーフエンジニア・グローバル「コルベット」）は説明します。Z51パフォーマンスパッケージ装着時、2020年型「コルベット・スティングレイ」は0-60mph（0-97km/h）加速2.9秒、最高速度194mph（312km/h）を実現。エンジンを車両後方へ押しやったことは、重心、乗員の相対位置、トランスミッション位置、アンダーボディパネルとトランク収納の設計など多くの要素に影響を与えました。ミッドエンジン設計は、車の新たな領域に高い作動温度と騒音ももたらしました。

「ミッドエンジンになったため、やり方を変えなければなりませんでした」とエド・モス氏（「コルベット」ボディ構造エンジニアリンググループマネージャー）は説明します。「最初からボディ構造のレイアウトについて多くの議論がありました。ある時点で全てがテーブルに上がり、各システムをどう設計・構築するのが最善か議論しました。例えば、ホイールハウスを金属にするかコンポジットにするか議論しました。C7のコンポジットホイールハウスを継続すれば、ヒンジピラー（Aピラー）に接着する必要がありますが、ミッドエンジン車ではこれがフロントホイールに直隣接し、パッケージスペースがほとんどありません。そこで金属を選択。ボディパネルの金属vsコンポジットも一時議論しましたが、C8のスタイリングラインを金属で実現するのは経済的に非現実的でした。」

「真の課題はエアインダクションをどう扱うかでした」とクリス・バセラ氏（「コルベット」ボディ構造リードエンジニア）は回想します。自然吸気495馬力、6.2リッターV8エンジン（470ft-lb/637Nmトルク）へ冷却空気を導き、通過させる別の方法が必要でした。「空気を非常に複雑な経路に強制するあらゆる設計を試み、望ましくない渦や流れを生み出しました。パワートレインチームとの反復作業で最適な気流経路を開発するのに多くの時間を要しました。クルマは制約なく自由に呼吸する必要があるからです。エアボックスへのアクセスとリヤトランクスペースの両立も必要でした。もう一つの問題は乗員室への熱とエンジン騒音です。乗員はエンジンの後ろではなく、真正面に座ることになるからです。また、C7以来ヨーロッパ等で法規制が変わったため、キャビン空気質には特に意識し、VOC（揮発性有機化合物）削減に努めました。」

「クルマの組み立て方をどう工夫するかも課題でした」とモス氏。「フロントエンジン設計では長いフードと広いエンジンルームがあり、フロントバンパービームが溶接済みでも、オペレーターはルーム内部からクルマを組み立てる十分なスペースがありました。ミッドエンジン「コルベット」では極めて短いフロントクリップのため、クルマの前部を開いたまま外側から組み立て、最後にフロントバンパーをボルトオンします。」

「適切な形状を確保しながら、サプライヤーが部品製造可能で、ボウリンググリーン（GMケンタッキー州「コルベット」組立工場）のチームが組立可能か、というバランス調整は非常に困難でした」とバセラ氏。「結局、C7ボディからC8へのキャリーオーバーコンポジットは1つだけでした。」これは2016年型「コルベット」向けに開発されたタフなクラスA、比重1.2のシートモールディングコンパウンド（SMC）で、新型車の様々な外部開閉部品に使用されています。

車両アーキテクチャ

4世代（C5〜C8）にわたり、「コルベット」は3層マルチマテリアルボディ構造を採用してきました：フレーム（通常アルミニウムまたは鋼の混合——今回はCFRP部品を含む）、ボディ構造（設計・製造柔軟性を活かし、主に接着コンポジット）、ボルトオンクローズアウト（ボディパネル、1953年6月「コルベット」デビュー以来コンポジット）。この階層型ハイブリッド構造は、手頃な軽量化を大量生産で実現し——特にこの性能クラスの車では——、低金型投資で複数車種バリエーション生産を可能にします。実際、現行C8ではGMがベースモデルクーペとコンバーチブルの両方で、全クラスAコンポジットボディパネル（接着インナーとアウター）をわずか20金型で生産しています。

さらに、「コルベット」は実際にコンバーチブルか固定/着脱式ルーフパネル付きクーペかに関わらず、常にオープンルーフアーキテクチャで設計されてきました。オープンルーフ車は一般的に固定ルーフ車より剛性が低いため、各「コルベット」のエンジニアリングでは常に、サスペンションとステアリングを改善するため可能な限り剛性の高い基盤を作ることが重要な焦点となってきました。歴史的に、トンネル（フロントエンジン車ではトランスミッションとドライブシャフトを収容）が「コルベット」ボディ構造を支配し、高ねじり剛性達成の鍵となってきました。新型「コルベット」では、さらに高い剛性を達成しました。ルーフ除去状態で、C8ボディはベンチマークハイパフォーマンスミッドエンジン競合車比53.78%剛性向上、第2競合車比29.27%向上、C7比13.79%向上。2つのコンポジット部品が車両剛性に重要な貢献をしました——フレーム構造に直接取り付けられるリヤバンパービーム、アンダーボディに取り付けられるロアトンネルクローズアウトです。

フレーム構造

C8のフレームはアルミニウム合金主体で、GMの厳格なドル/キログラム目標を満たすために開発されたCFRP部品が1つ含まれます。対照的に、C7フレームは全アルミニウム、C6は主に鋼でした。

ボディインホワイト（BIW）を電着防錆プロセス（GMではELPOと呼ぶ）を通過する際、フレームに直接取り付けられ同行する唯一のコンポジット部品は、独自のCFRPリヤバンパービームです。この部品はフレームを剛性化し、後方衝突性能に寄与します。その曲面形状——トーマスGmbH+Co.テクニック+イノベーションKG（TTI、ドイツ・ブレマーフェルデ）が開発した新規プロセス「ラジウス・プルトロージョン」のおかげで可能——により、リヤスタイリングキューに合致し、限られたパッケージスペースに収まり、エンジンルーム熱近傍でも寸法安定性を維持します。自動車業界初の曲面プルトローデッド部品（詳細特集はCW 2020年5月号参照）、中空2室ビームはシェイプ社（米国ミシガン州グランドヘイブン）がTTI開発・製造装置で生産。重量わずか1.3kg、25kN引き抜き力対応の接着/ボルト留めトーフックアイを備えます。

ボディ構造：パートA

C8のボディ構造コンポーネントはほぼ全てコンポジットで、フレームがELPOを経た後に接着および/またはボルト留めされます。このレベルの注目すべきコンポジット部品には、構造アンダーボディクローズアウトとフロア——本号でカバー——、フロント/リヤトランク、インダクションダクト、リヤサラウンドとバルクヘッド——来月号でボディパネルとトリムと共にカバー——が含まれます。

C8の着脱式ロアトンネル構造クローズアウトはアクセスドアとして機能し、車両ねじり剛性の10%以上を寄与し、衝突時の主要荷重経路として機能します。このハイブリッドコンポジットパネルはガラス繊維プリフォーム3層で構成されます。これらは連続/織布とチョップド/ランダム繊維を38%繊維体積率（FVF）で含み、各スタックの上面・下面層にベールを追加し表面仕上げを改善。ガラスプリフォームは、東レ（東京）T700 12K標準弾性率炭素繊維をNCFバイアキシャルファブリック形で21%FVF、ビニルエステル（VE）マトリックスで作られたプリフォーム2層とインターリーブされています。クローズアウトはモールデッド・ファイバーグラス社（MFG、米国オハイオ州アシュタビュラ）が独自のPRiME（製造卓越性を保証するプリポジションド強化）プロセス、一種の液体圧縮成形（LCM）で製造します。

リヤホイール付近の単一アルミニウムクローズアウト（エンジンクレードルの一部）を除き、残りのアンダーボディパネルは圧縮成形SMCまたは射出成形熱可塑性樹脂で構成されます。これらパネルはアンダーボディ乱流と抗力を低減し、燃費を改善、水分・塵・石からエンジンとドライブラインを保護。さらに、複数の外装・内装インターフェースの寸法基準を提供します。

低密度ながら構造用SMCパネルは新処方（この場合、40%FVFチョップドガラス繊維/不飽和ポリエステル（UP）樹脂）を採用し、MFGが開発。この材料は「フロート」SMCと呼ばれ、各パネル密度が1.0未満（平均比重=0.97）で水に浮きます。MFGが車両の全構造用SMCとLCM部品を製造しました。

車両はねじり曲げとサイドポール衝撃保護（ロッカーパネルとトンネルを噛み合わせ）に最適化されたハイブリッドフロアを採用。フロアパネルはキャビン側にスタンプドアルミニウム、路面側に1.5比重コンポジット（60wt%連続・織布ガラス繊維/VE）をPRiMEプロセスで製造したシートを接着。両層をアシュランド・グローバル・ホールディングス（米国デラウェア州ウィルミントン）のプリオグリップ9100ポリウレタン構造接着剤で熱接着する前に、MFGが材料を洗浄・前処理します。

C8フレームに直接接着される全コンポジット部品は、まずレーザーアブレーションを受けます。これはGM、MFG、アダプト・レーザー・システムズLLC（米国ミズーリ州カンザスシティ）が2016年型「コルベット」向けに開発し、コンポジット業界の金型洗浄手法から適応させたプロセスです。レーザーアブレーションはハンドサンディングに代わるもので、労力・時間・コスト削減、粉塵排除、再現性向上を実現。レーザーパス、照射角、エネルギーレベルは各部品の材料と形状に合わせてカスタマイズ可能。製造柔軟性を最大化するため、フロアを含むアンダーボディ全体が、接着とネジでフレームと自身に接続されています。

8月号のCWでは、新型「コルベット」のコンポジットイノベーションを継続して取り上げます——ボディ構造レベルの追加コンポーネントから始め、外装クローズアウト（ボディパネル）、追加トリムとアップグレードで締めくくります。パート2をご覧ください。