フォーミュラE 参戦をEV開発に生かす自動車メーカー

フォーミュラE へ参戦中の日産自動車では、そこで得た経験を次世代EV開発に生かすべく奮闘を続けている。

今回、自動車技術会フォーラム2021～19「モータースポーツ技術と文化」において、フォーミュラEとEV開発との関係性や、モータースポーツの将来的なビジョンについて講演を拝聴する機会に恵まれたので、その内容を本記事でまとめてみた。

まずは競技の紹介から。

2014年9月から開始されたFIA国際自動車連盟主催のEVフォーミュラのレースで、世界各地で１シーズンにつき11戦～13戦が開催されている。
電気自動車の普及促進や静かという特性を生かし、多くは市街地特設コースでレースが行われる。
また、開催スケジュールは9月から翌年の8月までを1シーズンとする年跨ぎなのも特徴となっている。。
※近年は新型コロナの影響で、この開催スタイルも変則的になりつつあるが。

レース形式も独特で、決勝は45分+1Lap（45分経過後のファイナルラップぶん）で戦われ、条件を満たせば、一定時間だけ最大出力が上がる「ファンブースト」や「アタック・モード」機能を用意して追い越しバトルを促進。
決勝で使えるエネルギー（充電されたバッテリーから使える電力量）は52kwhと定められており、その枠内でレースを走り切る必要がある。
※「ファンブースト」を使えるドライバーには、追加のエネルギーがもらえる。
※バッテリー容量を52kwhとした記したメディアもあるが、例えばレースをフィニッシュした直後に52kwh全てを使い切っても、そこからピットまで戻るエネルギー量は残っているので、実際は52kwh以上のエネルギーが充電されている事になる。

また初年度から数年は、当時のエネルギー量ではレース距離を走り切れないため、レース中にマシンを乗り換えるピットストップも行われていた。
※数秒間のピットストップでは、充電しても十分なエネルギーは得られないため。

現在は技術が進歩した事でそれも無くなり、マシン1台のみでレース距離を走り切っている。
将来的には、停車中または走行中でのワイヤレス充電システムの採用も目指しているという。

そのフォーミュラEで使われるマシンだが、シャシーはワンメイクで数シーズン単位で新型へ更新される。
その独特で細長なフォーミュラカーデザインは、空力だけでなく追い越しの増加やクラッシュによるリタイヤを極力抑えるよう配慮したものとなっている。

先の「ファンブースト」や「アタック・モード」効果と合わさる事で、毎周アグレッシブなレース展開を演出している。

タイヤはミシュランのワンメイクで、18インチの全天候型を供給。
その他、フロントサスペンションと前後アップライト、ブレーキ、リチウムイオンバッテリーと関連システムは共通部品の使用を定めているが、以下の領域では独自開発が許されている。
・モーターとインバーター（制御ソフトウェア含む）
・トランスミッション
・ドライブシャフト
・リアサスペンション（アップライトを除く）
・ブレーキバイワイヤー
・エネルギーマネジメントなどを行う車両制御ユニット（ソフトウェア含む）

こうした要素が、EV開発を急務とする自動車メーカーの高い関心を引く事となり、以来、多くのメーカーワークスチームがフォーミュラEへの参戦を表明している。

その顔ぶれも新興EVメーカーであるNIOからメルセデス・ベンツ、ポルシェ、ジャガー、アウディ、BMW、マヒンドラ、ヴェンチュリ、ペンスキー、ルノー（2017-2018シーズンで撤退、その枠を日産が引き継ぐ）、DSオートモビルズ、シトロエン（ヴァージン・レーシングと提携、2017-2018シーズンで撤退）、ヴァージン・レーシング（アウディ、TEIJIN等と提携）、そして今回紹介する日本の日産/NISMOとそうそうたるもので、フォーミュラEへの期待の高さが窺えた。

さて、現代のEVに求められる要素として、限られたエネルギー量での航続距離の向上があげられる。
その実現のため、車体の軽量化に電力の効率的な使い方、回生ブレーキシステムの進化、モーター出力を無駄なく伝える駆動システム、最適なバッテリー冷却などが模索されているが、フォーミュラEでは、これらの性能が勝敗に大きく影響する。

どういう事か？
レースではシェイクダウン、練習走行、予選、決勝の各セッションで使える最大電力が決まっており、その範疇で速く走ることが求められる。

その数値もシェイクダウンでは110kw、練習・予選では250kw、決勝では200kwとなっているが、恐らくこれらはセッションや走行距離に合わせて設定されている。
ちなみにシェイクダウンは30分のうち6Lap、練習走行は2回でそれぞれ45分と30分、予選はアタックラップの2周のみ（スーパーポール方式の採用で、予選上位5名は再度、単走での予選アタックを行う）、決勝は先にも書いた通り45分+1Lapとなっている。
※2021年7月現在の情報

使える電力に違いはあれど、決勝レースで練習・予選と同じ走り方（電力の使い方）をすると、あっというまにエネルギー切れを起こすという。
そのため、「ファンブースト」や「アタック・モード」も使いどころを誤れば、消耗を早めるだけとなる。

そこで、ポイントとなるのが回生ブレーキによる発電。
それで得られるエネルギー量も合わせる事で、完走はもちろんの事、他車より速く走れるエネルギーマネジメントを考え出さなければならない。

ただ、回生量に頼った出力向上をやってしまうと、今度はバッテリー温度が上昇する問題が出てくる。
そうなると今度は充電量や出力の低下を招き、劣化が促進されてしまう。
そのバッテリーも、１シーズンにつき１つしか使えない。。。

ある意味、F1より厳しいエネルギーマネジメントが要求されるフォーミュラE。
ハードだけでなく、それらを統合管理していくソフトウェアの開発が極めて重要となってくる。

運転するレーシングドライバーも、回生と電力の使い方を学ぶ必要があるため、事前にシミュレーターでのトレーニングが課されている。
ただそれでも問題はあるようで、例えば、コクピットのあるインジケーターが点灯したら”アクセルオフによる回生を行え！”という合図を決めているという。
これは、規則で無線によるドライバーへの運転アドバイスが禁止されているための対策だが、勝利への徹底ぶりが窺えた。

これまで、多くのメディアでEV開発とフォーミュラEは開発の方向性が同一と語られきたが、こうしてまとめていくとその理由も納得。

日産では、2018年の参戦当初からリーフで培った技術を投入しており、そうして鍛えられた技術は、先ごろ発売された新型EVアリアにも応用されている。
その実力は、ぜひ試乗などで体感してみてほしい。

ところで既報で伝えられているように、アウディとBMWは今シーズンいっぱいでのフォーミュラE撤退を決めている。
その理由は2メーカーで若干異なるものの、”現在のフォーミュラE環境下で市販車へ転換できる技術開発が完了した”というのがあるようだ。
そのためフォーミュラEの先行きを不安視する報道が見られたが、予定通り、2023年から新たなマシン規則が導入される。
そのマシン規則（FE-Gen3）では、以下のような変更が予定されている。

・シャシーは新型へ更新され空力含め変更不可
・リアは機械式ブレーキを廃止
・バッテリーを新型へ更新。決勝で使えるエネルギー量は現在の52kwhから51kwhへ減少。
・フロントモーターの新設（発電のみ）
・MGU（モーター兼発電機ユニット）とMCU（モーター制御ユニット）を新型へ更新。出力は250kwから350kwへアップされる。
・ピットイン中の急速充電。600kwで30秒間の充電により充填量が10%アップ。

今回の規則変更は市販EV開発とのリンクの強化が目的で、上手く転用できれば、出力と航続距離を伸ばしながらもバッテリーを小型化できたり、充電待ち時間を減らせるといった技術革新に繋げられる。

2021年3月、日産/NISMOは2026年までの長期参戦を発表。
既にFE-Gen3に向けた開発と、アリアに続くEV開発への応用や新たな研究が進められている。

さて、世界的にもEVへの移行が加速しているが、その波は日本のモータースポーツ界にも影響を及ぼす事になるかもしれない。
もはやどの自動車メーカーも、部品共通化規則のあるモータースポーツカテゴリーでないと、参戦が難しいという。
あるモータースポーツ部署では、市販車ベースのEVレースマシン開発の検討も進められているようだ。
この動きが本格化したら国内企業も、さらなる変革の波に揉まれる事になるだろう。

【取材 –文 – 写真】
編者（REVOLT-IS）

【取材協力 – 問い合わせ先】
公益社団法人 自動車技術会
日産自動車株式会社
ニッサン・モータースポーツ・インターナショナル株式会社