車のサスペンションの仕組み

自動車のパフォーマンスについて考えるとき、人々は通常、馬力、トルク、0 から 60 までの加速を思い浮かべます。 しかし、ドライバーが車を制御できなければ、ピストン エンジンによって生成されるすべてのパワーは役に立ちません。 自動車技術者が 4 ストローク内燃エンジンを習得するとほぼ同時にサスペンション システムに注目したのはそのためです。

車のサスペンションの役割は、タイヤと路面の間の摩擦を最大化し、優れたハンドリングで操縦安定性を提供し、乗員の快適性を確保することです。 この記事では、車のサスペンションがどのように機能するのか、長年にわたってどのように進化してきたのか、そしてサスペンションの設計が将来どこへ向かうのかについて探っていきます。

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凹凸のない完全な平坦な道路であれば、サスペンションは必要ありません。 しかし、道路は決して平坦ではありません。 舗装されたばかりの高速道路にも微妙な欠陥があり、車の車輪と接触する可能性があります。 これらの欠陥がホイールに力を加えます。 ニュートンの運動法則によれば、すべての力には大きさと方向の両方があります。 道路に凹凸があると、車輪が路面に対して垂直に上下に動きます。 もちろん、その大きさは、ホイールが巨大なバンプに衝突するか、小さな斑点に衝突するかによって異なります。 いずれにせよ、自動車の車輪は不完全部を通過するときに垂直方向の加速度を受けます。

介在する構造がなければ、ホイールの垂直方向のエネルギーはすべてフレームに伝達され、フレームは同じ方向に動きます。 このような状況では、タイヤが路面と完全に接触しなくなる可能性があります。 その後、重力の下向きの力を受けて、タイヤが路面に叩きつけられることがあります。 必要なのは、垂直に加速するホイールのエネルギーを吸収し、タイヤが道路の凹凸に追従しながらフレームとボディが邪魔されずに走行できるシステムです。

走行中の車に働く力の研究は車両力学と呼ばれます。そもそもサスペンションがなぜ必要なのかを理解するには、これらの概念のいくつかを理解する必要があります。 ほとんどの自動車エンジニアは、走行中の自動車のダイナミクスを次の 2 つの観点から検討します。

これら 2 つの特性は、道路分離、ロードホールディング、コーナリングという 3 つの重要な原則でさらに説明できます。 以下の表は、これらの原則と、エンジニアがそれぞれに固有の課題を解決しようとする方法を説明しています。

車のサスペンションは、さまざまなコンポーネントとともに、説明したすべてのソリューションを提供します。

シャーシの全体像から、サスペンションを適切に構成する個々のコンポーネントに至るまで、典型的なサスペンションの部品を見てみましょう。

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車のサスペンションは実際にはシャーシの一部であり、車のボディの下にあるすべての重要なシステムを構成しています。 これらのシステムには次のものが含まれます。

したがって、サスペンションはあらゆる車両の主要なシステムの 1 つにすぎません。

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この全体像の概要を念頭に置いて、サスペンションの 3 つの基本コンポーネントであるスプリング、ダンパー、スタビライザーを見てみましょう。

現在のスプリング システムは、次の 4 つの基本設計のいずれかに基づいています。

エンジニアは、車のばねが配置されている場所 (つまり、車輪とフレームの間) に基づいて、ばね上の質量とばね下の質量について説明するのが便利だと考えることがよくあります。

バネ上質量はバネで支えられた車両の質量ですが、バネ下質量は路面とサスペンション スプリングの間の質量として大まかに定義されます。 ばねの剛性は、車の運転中にばね上の質量がどのように反応するかに影響します。 高級車 (メルセデス ベンツ C クラスなど) のような、バネが緩い車は、凹凸を吸収し、非常にスムーズな乗り心地を実現します。 しかし、このような車はブレーキ時や加速時にダイブやスクワットを起こしやすく、コーナリング中にボディが揺れたりロールしたりする傾向があります。 スポーツカー (マツダ ミアータ MX-5 など) のようなしっかりとバネが張られた車は、でこぼこした路面ではあまり寛容ではありませんが、ボディの動きをうまく最小限に抑えるため、コーナーでも積極的に運転できます。