コンセプト
一般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、一部の構造には緩衝ブロックやスタビライザーバーなども含まれています。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。現代の自動車のサスペンションは、主にコイルスプリングとトーションバースプリングを使用しており、一部の高級車にはエアスプリングが使用されています。
部品の機能:
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す。その機能は、車の振動を素早く減衰させ、車の乗り心地を向上させ、車輪と路面とのグリップ力を高めることです。さらに、ショックアブソーバーは車体部分の動的負荷を軽減し、車の耐用年数を延ばすことができます。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あり、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の3種類に分けられます。[2]
作動原理：車輪が上下に跳ねると、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作動液がピストンの開口部を通過します。作動液には一定の粘度があり、開口部を通過する際に開口部の壁と接触することで摩擦が生じ、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るため、振動を減衰させる機能を発揮します。
（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軽減・抑制します。弾性要素には、主に板ばね、コイルばね、ねじりばね、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は、車輪が大きな衝撃を受けた際に、運動エネルギーを弾性位置エネルギーに変換して蓄積し、車輪が跳ね返ったり元の走行状態に戻ったりする際に放出します。
（３）案内機構
誘導機構の役割は、力とモーメントを伝達するとともに、誘導機能も果たすことである。これにより、自動車の走行過程において、車輪の軌道を制御することが可能となる。
効果
サスペンションは、車体と車輪を弾性的に連結する重要な部品であり、車の様々な性能に関係しています。外見上は、車のサスペンションはロッド、チューブ、スプリングだけで構成されているように見えますが、決して単純なものではありません。むしろ、車のサスペンションは、完璧な要求を満たすことが難しい部品です。なぜなら、サスペンションは車の快適性という要求を満たすだけでなく、操縦安定性という要求も満たす必要があり、この2つの側面は互いに相反するからです。例えば、快適性を高めるためには、車の振動を大きく緩和する必要があるため、スプリングはより柔らかく設計する必要があります。しかし、スプリングが柔らかすぎると、ブレーキ時に車体が「うなずき」、加速時に「頭が上がり」、左右に大きく揺れる傾向が生じやすく、車の操縦性に悪影響を及ぼし、車の不安定性を招く可能性があります。
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接続され、車輪と車軸が弾性サスペンションによってフレームまたは車体の下に吊り下げられている点です。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という利点があります。しかし、乗り心地と操縦安定性に劣るため、現代の乗用車にはほとんど使用されておらず、主にトラックやバスで使用されています。
リーフスプリング式非独立懸架
板ばねは、非独立懸架式の弾性要素として用いられる。また、案内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る。
縦置きリーフスプリング式非独立懸架は、弾性要素としてリーフスプリングを使用し、車両の縦軸に平行に配置される。
作動原理：車が不整地を走行し、衝撃荷重を受けると、車輪が車軸を跳ね上げ、同時にリーフスプリングとショックアブソーバーの下端も上昇する。リーフスプリングの上昇時の長さの増加は、リアラグの伸長によって干渉なく調整される。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、圧縮状態で作動しているのと同等であり、減衰が増加して振動が減衰する。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：縦置きリーフスプリング非独立懸架は、非対称縦置きリーフスプリング非独立懸架、バランス型懸架、対称縦置きリーフスプリング非独立懸架に分類できます。縦置きリーフスプリングを備えた非独立懸架です。
1. 非対称縦置きリーフスプリング非独立懸架
非対称縦置きリーフスプリング非独立懸架とは、縦置きリーフスプリングを車軸（ブリッジ）に固定した際に、U字型ボルトの中心と両端のラグの中心との距離が等しくないサスペンションを指します。
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）上の各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のことです。バランスサスペンションを採用する目的は、車輪と路面との良好な接触、均等な荷重、そしてドライバーが車両の方向を制御できる能力と、車両が十分な駆動力を得られるようにすることです。
バランスサスペンションは、構造の違いによって、スラストロッド式とスイングアーム式の2種類に分類できる。
①スラストロッド式バランスサスペンション。垂直に配置されたリーフスプリングで構成され、その両端は後車軸スリーブ上部のスライドプレート式支持部に配置されます。中央部はU字ボルトで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可能であり、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ます。スラストロッドは、駆動力、制動力、およびそれに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、不整地を走行する多軸車両です。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すると、すべての車輪が地面と完全に接触していることを保証できません。つまり、一部の車輪が垂直荷重を負担することになります。操舵輪でこれが起こると、荷重が減少（またはゼロ）し、運転者が進行方向を制御することが困難になります。駆動輪でこれが起こると、駆動力の一部（すべてではないにしても）が失われます。3軸車両の中央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を車両フレームにヒンジで接続します。そのため、2つのブリッジ上の車輪は独立して上下に動くことができません。いずれかの車輪がピットに沈むと、バランスバーの影響で他の車輪が上昇します。スタビライザーバーのアームの長さは等しいため、両方の車輪にかかる垂直荷重は常に等しくなります。
スラストロッド式バランスサスペンションは、6×6三軸オフロード車および6×4三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取り付けられます。スイングアームの後端は車両のリアアクスル（車軸）に接続されます。
スイングアーム式バランスサスペンションの作動原理は、車が路面の凹凸を走行している際に、中間車軸が路面の凹凸に落ち込むと、スイングアームが後部のラグを介して下方に引っ張られ、スイングアームシャフトを中心に反時計回りに回転し、車軸が上方に移動するというものです。ここでスイングアームは一種のてことして働き、中間車軸と後車軸にかかる垂直荷重の配分比は、スイングアームのてこの比とリーフスプリングの前後の長さによって決まります。
コイルスプリング式非独立懸架サスペンション
コイルばねは弾性体であるため、垂直方向の荷重しか支えることができない。そのため、サスペンションシステムには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る。
これは、コイルばね、ショックアブソーバー、縦方向推力ロッド、横方向推力ロッド、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、左右の車輪が一体のシャフトで接続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接続されています。コイルばねは、ショックアブソーバーの外側にある上部ばねと下部シートの間に配置されています。縦方向推力ロッドの後端は車軸に溶接され、前端は車体フレームにヒンジで接続されています。横方向推力ロッドの一端は車体にヒンジで接続され、もう一端は車軸にヒンジで接続されています。作動時には、ばねが垂直荷重を支え、縦方向の力と横方向の力はそれぞれ縦方向推力ロッドと横方向推力ロッドによって支えられます。車輪が跳ね上がると、車軸全体が車体上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回転します。関節部に設けられたゴムブッシュが、車軸の回転時の動きの干渉を解消します。コイルばね式非独立懸架サスペンションは、乗用車の後輪サスペンションに適しています。
エアスプリング非独立懸架
車両走行中は、積載量や路面状況の変化に伴い、サスペンションの剛性もそれに合わせて変化させる必要があります。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必要があるため、使用状況に応じて車高を調整できることが求められます。エアスプリング式非独立懸架サスペンションは、このような要求を満たすことができます。
圧縮機、空気貯蔵タンク、車高調整弁、エアスプリング、コントロールロッド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があります。エアスプリングはフレーム（車体）と車軸の間に固定され、車高調整弁は車体に固定されています。ピストンロッドの端はコントロールロッドのクロスアームにヒンジで接続され、クロスアームのもう一方の端はコントロールロッドにヒンジで接続されています。中央部はエアスプリングの上部に支持され、コントロールロッドの下端は車軸に固定されています。エアスプリングを構成する部品は配管で接続されています。圧縮機で生成された高圧ガスは、油水分離器と圧力調整器を通って空気貯蔵タンクに入り、ガス貯蔵タンクから出た後、エアフィルターを通って車高調整弁に入ります。エア貯蔵タンクは各ホイールのエアスプリングに接続されているため、各エアスプリング内のガス圧は膨張量の増加に伴って上昇し、同時に車体が持ち上げられ、高さ制御弁内のピストンがエア貯蔵タンクに向かって移動し、内部膨張の空気充填ポートが塞がれます。弾性要素として、エアスプリングは、車軸を介して車体に伝達される際に、路面からホイールに作用する衝撃荷重を軽減することができます。さらに、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。ピストンは高さ制御弁内の膨張ポートと空気排出ポートの間に位置し、エア貯蔵タンクからのガスがエア貯蔵タンクとエアスプリングを膨張させ、車体の高さを上げます。ピストンが高さ制御弁内の膨張ポートの上端位置にあるとき、エアスプリング内のガスは膨張ポートを通って空気排出ポートに戻り、大気中に入るため、エアスプリング内の空気圧が低下し、車体の高さも下がります。高さ制御弁内のピストンの位置は、制御ロッドとその上のクロスアームによって決定される。
エアサスペンションは、乗り心地の良さ、必要に応じて単軸または多軸のリフトアップが可能、車高の変更、路面へのダメージが少ないなど、多くの利点がありますが、構造が複雑で、シール性に対する要求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、一部の乗用車などに使用されています。
オイル＆ガススプリング非独立懸架
油圧式非独立懸架とは、弾性要素に油圧式スプリングを採用した非独立懸架のことである。
これは、オイルスプリング、ガススプリング、横方向スラストロッド、緩衝ブロック、縦方向スラストロッドなどの部品で構成されています。オイルスプリングの上端は車両フレームに固定され、下端は前車軸に固定されます。左右それぞれに、前車軸と縦梁の間に収まる下側縦方向スラストロッドが使用されます。上側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ます。上下の縦方向スラストロッドは平行四辺形を形成し、車輪が上下に跳ねてもキングピンのキャスター角が変化しないようにします。横方向スラストロッドは、左縦梁と前車軸右側のブラケットに取り付けられます。緩衝ブロックは、2本の縦梁の下に設置されます。油圧式スプリングは、フレームと車軸の間に弾性要素として設置されているため、路面からの衝撃力がホイールに伝わる際に、その衝撃力を緩和し、同時に発生する振動を減衰させることができます。上下の縦方向スラストロッドは、縦方向の力を伝達し、制動力によって生じる反力モーメントに耐えるために使用されます。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は、積載量の多い商用トラックに採用する場合、リーフスプリングに比べて体積と質量が小さく、剛性を可変できるという利点があるが、シール性能に対する要求が高く、メンテナンスも困難である。オイル空気圧サスペンションは、重量物積載量の多い商用トラックに適している。
独立サスペンション編集放送
独立懸架とは、左右の車輪が弾性サスペンションによってフレームまたはボディ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、軽量化、ボディへの衝撃の軽減、車輪の路面グリップの向上、剛性の低い柔らかいスプリングの使用による乗り心地の向上、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、車の走行安定性の向上、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、車体の傾きや振動を軽減できることです。しかし、独立懸架には、構造が複雑で、コストが高く、メンテナンスが面倒であるという欠点があります。現代の車のほとんどは独立懸架を使用しています。構造形式の違いにより、独立懸架は、ウィッシュボーン式サスペンション、トレーリングアーム式サスペンション、マルチリンク式サスペンション、キャンドル式サスペンション、マクファーソン式サスペンションに分類できます。
ウィッシュボーン
クロスアーム式サスペンションとは、車輪が自動車の横断面内で揺動する独立懸架方式のことである。クロスアームの数によって、ダブルアーム式サスペンションとシングルアーム式サスペンションに分類される。
シングルウィッシュボーン式サスペンションは、構造がシンプルでロールセンターが高く、ロール抑制能力が高いという利点があります。しかし、現代の自動車の速度が上がるにつれて、ロールセンターが高すぎるために、車輪が跳ねる際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、急旋回時には左右の車輪の垂直方向の力の伝達が大きくなりすぎて、後輪のキャンバー角が増加します。後輪のコーナリング剛性が低下し、高速でのテールドリフトが激しくなります。シングルウィッシュボーン式独立懸架は主に後輪サスペンションに使用されていますが、高速走行の要求を満たせないため、現在ではあまり使用されていません。
ダブルウィッシュボーン式独立懸架は、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式と不等長ダブルウィッシュボーン式に分けられます。等長ダブルウィッシュボーン式は、車輪が上下に跳ねてもキングピンの傾斜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ため（シングルウィッシュボーン式と同様）、タイヤの摩耗が激しくなり、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式は、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、合理的な配置を行うことで、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、車両の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式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。
