コンセプト
典型的なサスペンション構造は、弾性要素、ガイド機構、ショックアブソーバーなどで構成されており、一部の構造ではバッファーブロックやスタビライザーバーなども備えています。弾性要素には、リーフスプリング、エアスプリング、コイルスプリング、トーションバースプリングなどがあります。現代の自動車サスペンションでは、主にコイルスプリングとトーションバースプリングが採用されていますが、一部の高級車ではエアスプリングも採用されています。
部品機能:
ショックアブソーバー
機能：ショックアブソーバーは減衰力を発生させる主要部品であり、その機能は車の振動を素早く減衰させ、乗り心地を向上させ、車輪と地面の密着性を高めることです。さらに、ショックアブソーバーは車体部分の動荷重を軽減し、車の寿命を延ばすことができます。自動車に広く使用されているショックアブソーバーは主にシリンダー式油圧ショックアブソーバーで、その構造はダブルシリンダー式、シングルシリンダー式、ダブルシリンダー式インフレータブル式の3種類に分けられます。[2]
動作原理：ホイールが上下にジャンプすると、ショックアブソーバーのピストンが作動室内で往復運動し、ショックアブソーバーの液体がピストンのオリフィスを通過します。液体には一定の粘度があり、液体がオリフィスを通過するときに穴の壁と接触するため、それらの間に摩擦が発生し、運動エネルギーが熱エネルギーに変換されて空気中に放散され、振動を減衰する機能を実現します。
（2）弾性要素
機能：垂直荷重を支え、路面の凹凸による振動や衝撃を緩和・抑制します。弾性要素には、主に板ばね、コイルばね、トーションバーばね、空気ばね、ゴムばねなどがあります。
原理：高弾性材料で作られた部品で、車輪が大きな衝撃を受けると、運動エネルギーが弾性位置エネルギーに変換されて蓄えられ、車輪が飛び降りたり、元の駆動状態に戻ったりするときに放出されます。
（３）ガイド機構
ガイド機構の役割は、力とモーメントを伝達するだけでなく、ガイドの役割も果たすことです。車両の走行過程において、車輪の軌道を制御することができます。
効果
サスペンションは、車体と車輪を弾性的に連結する自動車の重要な部品であり、車の様々な性能に関わっています。外見上は、ロッド、チューブ、スプリングで構成されているように見えますが、実際にはそれほど単純ではありません。しかし、サスペンションは、車の快適性という要件を満たすと同時に、操縦安定性という要件も満たす必要があるため、完璧な要件を満たすのが難しい部品です。この2つの側面は互いに相反するものです。例えば、良好な快適性を実現するには、車の振動を大幅に緩和する必要があるため、スプリングは柔らかく設計する必要がありますが、スプリングが柔らかいと、ブレーキを踏んだ際に車が「うなずく」、加速時に「頭を上げる」、左右に大きく横転するといった挙動を引き起こしやすくなります。この傾向は車の操舵性に悪影響を与え、車が不安定になりやすくなります。
非独立懸架
非独立懸架の構造的特徴は、両側の車輪が一体型の車軸で連結され、車輪が車軸と共に弾性懸架を介してフレームまたは車体の下に懸架されていることです。非独立懸架は、構造がシンプルでコストが低く、強度が高く、メンテナンスが容易で、走行中の前輪アライメントの変化が少ないなどの利点があります。しかし、快適性と操縦安定性に劣るため、現代の自動車ではほとんど使用されなくなりました。主にトラックやバスで使用されています。
リーフスプリング非独立懸架
非独立懸架の弾性要素として板ばねが用いられ、ガイド機構としても機能するため、サスペンションシステムが大幅に簡素化されます。
縦方向リーフスプリング非独立サスペンションは、弾性要素としてリーフスプリングを使用し、車両の縦軸と平行に車両上に配置します。
動作原理：車が凹凸のある路面を走行して衝撃荷重を受けると、車輪の駆動力で車軸が跳ね上がり、同時に板バネとショックアブソーバーの下端も上昇する。板バネの上昇時の長さ増加は、後部ラグの伸長によって干渉なく調整できる。ショックアブソーバーの上端は固定され、下端が上昇するため、圧縮状態で作動することになり、減衰力が高まり振動を減衰させる。車軸の跳ね上がり量が緩衝ブロックとリミットブロック間の距離を超えると、緩衝ブロックがリミットブロックに接触して圧縮される。[2]
分類：縦板ばね式非独立サスペンションは、非対称縦板ばね式非独立サスペンション、バランス型サスペンション、対称縦板ばね式非独立サスペンションに分類されます。これは縦板ばねを用いた非独立サスペンションです。
1. 非対称縦板ばね非独立懸架
非対称縦板ばね非独立懸架とは、縦板ばねを車軸（ブリッジ）に固定した際に、U字ボルトの中心と両端の突起部の中心間の距離が等しくない懸架装置を指します。
2.バランスサスペンション
バランスサスペンションとは、接続された車軸（アクスル）上の車輪にかかる垂直荷重が常に均等になるように設計されたサスペンションです。バランスサスペンションの機能は、車輪と地面の良好な接地と均一な荷重を確保し、ドライバーが車両の方向を制御でき、車両に十分な駆動力を確保することです。
バランスサスペンションは構造の違いにより、スラストロッド型とスイングアーム型の2種類に分けられます。
①スラストロッドバランスサスペンション。垂直に配置された板ばねで構成され、その両端は後車軸の軸受け上部のスライドプレート式支持部に配置されています。中間部はU字型ボルトを介してバランスベアリングシェルに固定され、バランスシャフトを中心に回転します。バランスシャフトはブラケットを介して車体フレームに固定されています。スラストロッドの一端は車体フレームに固定され、他端は車軸に接続されています。スラストロッドは、駆動力、制動力、および対応する反力を伝達するために使用されます。
スラストロッドバランスサスペンションの動作原理は、多軸車両が不整地を走行することです。各車輪がサスペンションとして一般的な鋼板構造を採用している場合、すべての車輪が地面に完全に接触していることを保証できません。つまり、一部の車輪が垂直方向の荷重を受けます。操舵輪に荷重が減少（またはゼロ）すると、運転者が進行方向を制御するのが難しくなります。駆動輪に発生すると、駆動力の一部（すべてではないにしても）が失われます。 3軸車両の中間車軸と後車軸をバランスバーの両端に取り付け、バランスバーの中央部分を車体フレームにヒンジで接続します。したがって、2つのブリッジの車輪は独立して上下に移動できません。いずれかの車輪がピットに沈むと、もう一方の車輪はバランスバーの影響を受けて上方に移動します。スタビライザーバーのアームの長さが等しいため、両方の車輪の垂直荷重は常に等しくなります。
スラストロッドバランスサスペンションは、6×6 3軸オフロード車両および6×4 3軸トラックの後車軸に使用されます。
②スイングアームバランスサスペンション。ミッドアクスルサスペンションは縦置きリーフスプリング構造を採用しています。リアラグはスイングアームの前端に取り付けられ、スイングアームアクスルブラケットはフレームに固定されています。スイングアームの後端は車両の後車軸（アクスル）に接続されています。
スイングアームバランスサスペンションの動作原理は、車が凹凸のある路面を走行しているときに、中間ブリッジが陥没すると、スイングアームは後輪を介して引き下げられ、スイングアームシャフトを中心に反時計回りに回転します。車軸ホイールは上昇します。ここでスイングアームは一種のレバーであり、中間車軸と後車軸にかかる垂直荷重の分配比は、スイングアームのレバー比と板ばねの前後長さに依存します。
コイルスプリング非独立サスペンション
コイルスプリングは弾性要素として垂直荷重のみに耐えることができるため、サスペンションシステムにガイド機構とショックアブソーバーを追加する必要があります。
コイルスプリング、ショックアブソーバー、縦スラストロッド、横スラストロッド、補強ロッドなどの部品で構成されています。構造上の特徴は、左右の車輪が1本のシャフトで一体的に連結されていることです。ショックアブソーバーの下端は後車軸支持部に固定され、上端は車体にヒンジで固定されています。コイルスプリングは、ショックアブソーバーの外側にある上部スプリングと下部シートの間に設置されています。縦スラストロッドの後端は車軸に溶接され、前端は車体にヒンジで固定されています。横スラストロッドの一端は車体にヒンジで固定され、他端は車軸にヒンジで固定されています。作動時には、スプリングが垂直荷重を支え、縦力と横力はそれぞれ縦スラストロッドと横スラストロッドによって支えられます。車輪がジャンプすると、車軸全体が車体側の縦方向スラストロッドと横方向スラストロッドのヒンジポイントを中心に揺動します。連結点にはゴムブッシュが配置されており、車軸揺動時の運動干渉を排除します。コイルスプリング非独立懸架は、乗用車のリアサスペンションに適しています。
エアスプリング非独立サスペンション
自動車が走行中は、荷重や路面状況の変化に応じてサスペンションの剛性を調整する必要があります。自動車は、良好な路面では車高を下げて速度を上げ、悪路では車高を上げて通過能力を高めることが求められるため、使用条件に応じて車高を調整できる必要があります。エアスプリング式非独立サスペンションは、こうした要求を満たすことができます。
コンプレッサー、空気貯蔵タンク、高さ制御弁、空気ばね、制御棒などで構成されています。さらに、ショックアブソーバー、ガイドアーム、横方向スタビライザーバーなどがあります。空気ばねはフレーム（車体）と車軸の間に固定され、高さ制御弁は車体に固定されています。ピストンロッドの端部は制御棒のクロスアームにヒンジ接続され、クロスアームの他端は制御棒にヒンジ接続されています。中間部は空気ばねの上部に支持され、制御棒の下端は車軸に固定されています。空気ばねを構成する部品は、パイプラインを介して相互に接続されています。コンプレッサーによって生成された高圧ガスは、油水分離器と圧力調整器を介して空気貯蔵タンクに入り、ガス貯蔵タンクから出た後、エアフィルターを介して高さ制御弁に入ります。空気貯蔵タンクは、各車輪の空気ばねに接続されているため、膨張量の増加に伴って各空気ばね内のガス圧が上昇し、同時に車体が持ち上げられて高さ調整バルブ内のピストンが空気貯蔵タンクに向かって移動し、内部の膨張用空気充填ポートが塞がれます。空気ばねは弾性要素として、路面から車輪に作用する衝撃荷重が車軸を介して車体に伝達される際に緩和することができます。また、エアサスペンションは車体の高さを自動的に調整することもできます。ピストンは高さ調整バルブの膨張ポートと空気排出ポートの間に位置し、空気貯蔵タンクからのガスが空気貯蔵タンクと空気ばねを膨張させ、車体の高さを上げます。ピストンが高さ調整バルブの膨張ポートの上側にあるとき、空気ばね内のガスは膨張ポートを通って空気排出ポートに戻って大気中に放出され、空気ばね内の空気圧が低下し、車体の高さも低下します。制御ロッドとその上のクロスアームは、高さ制御バルブ内のピストンの位置を決定します。
エアサスペンションは、乗り心地を良くし、必要に応じて単軸または多軸のリフトを実現し、車体の高さを変えて路面へのダメージを軽減するなど、多くの利点がありますが、構造が複雑で、シーリングに対する要件が厳しいなどの欠点もあります。商用乗用車、トラック、トレーラー、一部の乗用車に使用されています。
オイル＆ガススプリング非独立サスペンション
油空圧ばね非独立サスペンションとは、弾性要素に油空圧ばねを採用した非独立サスペンションを指します。
オイルスプリングとガススプリング、横方向スラストロッド、バッファブロック、縦方向スラストロッドなどの部品で構成されています。油空圧スプリングの上端は車体フレームに固定され、下端は前車軸に固定されています。左右はそれぞれ下部縦方向スラストロッドを使用して、前車軸と縦梁の間に収められています。上部縦方向スラストロッドは、前車軸と縦梁の内側ブラケットに取り付けられています。上部縦方向スラストロッドと下部縦方向スラストロッドは平行四辺形を形成し、ホイールが上下にジャンプしたときにキングピンのキャスター角が変化しないようにするために使用されます。横方向スラストロッドは、左側の縦梁と前車軸の右側のブラケットに取り付けられています。2つの縦梁の下にバッファブロックが取り付けられています。油空圧スプリングは弾性要素としてフレームと車軸の間に設置されているため、路面からの衝撃力がフレームに伝達される際に車輪に加わる衝撃力を緩和し、同時に振動を減衰させます。上下の縦方向スラストロッドは縦方向の力を伝達し、制動力による反作用モーメントに耐えます。横方向スラストロッドは横方向の力を伝達します。
オイルガススプリングを大型貨物トラックに搭載する場合、リーフスプリングに比べて体積と質量が小さく、剛性可変特性を備えていますが、シール性に対する要求が高く、メンテナンスも困難です。オイルニューマチックサスペンションは、大型貨物トラックに適しています。
独立サスペンション編集放送
独立懸架とは、各側の車輪が弾性サスペンションによってフレームまたは車体から個別に吊り下げられていることを意味します。その利点は、軽量で車体への衝撃が軽減され、車輪の接地性が向上することです。剛性の低い柔らかいバネを使用して車の快適性を向上させることができます。エンジンの位置を下げることができ、車の重心も下げることができるため、車の走行安定性が向上します。左右の車輪が独立してジャンプし、互いに独立しているため、車体の傾きや振動が軽減されます。ただし、独立懸架は、構造が複雑で、コストが高く、メンテナンスが不便ななどの欠点があります。現代のほとんどの車は独立懸架を使用しています。さまざまな構造形式に応じて、独立懸架はウィッシュボーンサスペンション、トレーリングアームサスペンション、マルチリンクサスペンション、キャンドルサスペンション、マクファーソンサスペンションに分けられます。
ウィッシュボーン
クロスアームサスペンションとは、車輪が車両の横断面内でスイングする独立懸架方式を指します。クロスアームの数によって、ダブルアームサスペンションとシングルアームサスペンションに分けられます。
シングルウィッシュボーン式は、構造が簡単で、ロールセンターが高く、ロール防止能力が強いという利点があります。しかし、現代の自動車は高速化に伴い、ロールセンターが高すぎると、ホイールジャンプ時にホイールトラックが大きく変化し、タイヤの摩耗が増加します。さらに、急旋回時に左右輪の上下力伝達が大きくなり、後輪のキャンバー角が大きくなり、後輪のコーナリング剛性が低下し、高速走行時にテールドリフトが激しくなるという厳しい状況が発生します。シングルウィッシュボーン独立懸架は主にリアサスペンションに使用されていますが、高速走行の要件を満たすことができないため、現在はあまり使用されていません。
ダブルウィッシュボーン独立懸架は、上下のクロスアームの長さが等しいかどうかによって、等長ダブルウィッシュボーン懸架と不等長ダブルウィッシュボーン懸架に分けられます。等長ダブルウィッシュボーン懸架は、車輪が上下にジャンプしてもキングピンの傾きを一定に保つことができますが、ホイールベースが大きく変化する（シングルウィッシュボーン懸架と同様）、タイヤの摩耗が深刻になるため、現在ではほとんど使用されていません。不等長ダブルウィッシュボーン懸架の場合、上下のウィッシュボーンの長さを適切に選択して最適化し、合理的な配置により、ホイールベースと前輪アライメントパラメータの変化を許容範囲内に抑えることができ、車両の良好な走行安定性を確保できます。現在、不等長ダブルウィッシュボーン懸架は自動車の前後サスペンションに広く使用されており、一部のスポーツカーやレーシングカーの後輪にもこのサスペンション構造が採用されています。
