サスペンション 3/4
ステアリング
ステアリング・コンポーネントは、車両をコントロールするのに不可欠であるだけでなく、サスペンションシステムやサスペンションジオメトリーにも不可欠な要素です。
ナックル・アップライトのセクションの図に示されているように、アップライトまたはナックルには、ホイール・タイヤの角度を制御する "トー・リンク" または "ステアリングリンク" が取り付けられています。
このステアリングリンクをステアリングシステムに接続し、ドライバーがステアリングの角度を変えて車両を曲げることができるようにする必要があります。
ステアリングシステムには、主に "ラック＆ピニオン" と "リサーキュレーティング・ボール" の2種類があります。
下図は、ラック＆ピニオンシステムを表しています。
ラック＆ピニオンシステムでは、黄色で示した平歯ギア（ラック）があります。
ラックの両端には、ステアリングリンクに接続するロッドエンドが取り付けられています。
ラックには円形のギア（ピニオン）が取り付けられており、シャフトを介してステアリングホイールに取り付けられています。
ドライバーがステアリングホイールを回すと、ピニオンギアが回転し、ラックが左右に動きます。
これにより、ステアリングリンクが左右に動き、直立したナックルに接続されているため、ホイールとタイヤの角度が変わります。
ラック＆ピニオン方式の利点は、レースカーやスポーツカーのデザインに求められるシンプルさと軽さです。
リサーキュレーティング・ボールシステムは、ラック＆ピニオンよりもコンパクトですが、通常は重くなります。
一部の車両では、特に市販のトラックや自動車にリサーキュレーティング・ボールが採用されています。
ステアリングシステムには、車両を操る力のほとんどを提供するパワーアシスト付きのものもある。
パワーアシストは、エンジンで駆動する油圧ポンプによって行われます。
ドライバーがハンドルを切ると、ステアリングシステム内のバルブが油圧を利用してステアリングギアの動きをアシストします。
パワーアシストを使用すると、ドライバーの作業が楽になる一方で、ステアリングシステムを通じた車両のハンドリングのフィードバックの "感触" が低下することが指摘されています。
また、パワーアシストは重量も増しますが、操舵力が大きい場合や、レースや走行時間が長い場合（耐久レースなど）には考慮する必要があります。
サスペンションの特性とジオメトリー
バネ下重量
バネ下重量とは、ウィッシュボーンやサスペンションリンクの外側にあるすべてのモノの重量に、ウィッシュボーンやリンク、スプリング・ショックの重量の1/2を加えたものです。
したがって、通常はタイヤ、ホイール、ブレーキ、ナックル・アップライト、サスペンションリンク・ウィッシュボーンの1/2が含まれる。
ハンドリングに大きな影響を与えます。
下図は、バネ下重量がなぜ重要なのかを示しています。
図が示すように、車外に出ている重量が多ければ多いほど、バンプがサスペンション（ひいてはシャーシ）に与える力は大きくなります。
左側のサスペンションのばね下重量は13.6kg（30ポンド）で、タイヤが2G（2×重力）のバンプに遭遇すると、27.2㎏（60ポンド）の垂直方向の力がサスペンションにかかります。
さらに悪いことに、右のサスペンションのバネ下重量は22.7㎏（50ポンド）で、タイヤが2Gのバンプに遭遇すると、45.4㎏（100ポンド）の垂直方向の力がかかります。
この力はスプリング、ダンパー、スタビライザーを使って処理されますが、必然的に力はシャーシに伝わります。
したがって、[上向き] の力が大きければ大きいほど、タイヤを路面に接地させることが難しくなります。
特に重量の軽いクルマではその傾向が強くなります。
上の例では、車両重量が454㎏（1000ポンド）の場合、2Gのバンプでは車の重量の約10％の垂直方向の力がかかります。
バンプによって生じた上向きの慣性が、バンプに遭遇した直後のタイヤの重量を減少させるため、少なくとも車両グリップを減少させます。
タイヤにかかる垂直方向の荷重によってトラクションの大きさが決まるため、トラクションが失われることになります。
キングピンの傾き
キングピンインクリネーションは、ステアリングフィールに影響し、車両を操縦するのに必要な力に影響を与えます。
下正面図では、右側の赤い線がタイヤ/ホイールの中心線を示しています。
左側の赤い線はキングピンの傾斜線で、アップライトとナックルの取り付け部を通っています。
2本の赤い線の角度差が、キングピンの傾きの角度となります。
スクラブ半径
スクラブ半径とは、タイヤ/ホイールの中心線から、キングピンの線が路面と交差するまでの距離のことです。
この距離が大きいほど、タイヤがキングピン軸の周りを回転するためにわずかに負荷が必要になるため、ホイールを回転させるのに必要な力が大きくなります。
下図では、スクラブ半径を赤い寸法で示しています。
キャンバー
キャンバーとは、垂直（平らな路面に垂直な90°）とタイヤ・ホイールの「傾き」との間の角度のことです。
下図では、約2〜3度のネガティブキャンバーを示しています。
サスペンションのタイプによっては、サスペンションの動きに伴ってホイール・タイヤが上下することで、キャンバーが変化することがあります。
サスペンションの形状が適切に設計されていれば、キャンバーの変化は、タイヤのコンタクトパッチをできるだけ大きく保ち、可能な限りのグリップを提供するように最適化されます。
一般的には、キャンバーがプラスまたはマイナスのわずかな量を超えた時点で、コンタクトパッチとグリップは減少し始めます。
トーイン／アウト
トーインまたはトーアウトとは、ホイールやタイヤのわずかな角度のことで、長手方向（車両の長さ方向）に走る線から測定したものです。
下図は、ホイールやタイヤを上から見下ろした視点で、トーを誇張して表現したものです。
トーインは、ホイール／タイヤが車両の中心に向かってわずかに傾いている状態です。
トーアウトは、ホイールやタイヤが車両の中心から少し離れた位置にある状態です。
トーイン・アウトは、ブレーキや加速時に発生する自然なトーポジションの変化を相殺し、車両のコーナーインをアシストするために使用されます。
キャスター
キャスターとは、ホイールやタイヤを横から見たときに、アップライトやナックルの取り付け部を通る線の、垂直（平らな路面に垂直な90°）からの角度をいいます。
下図は、アップライトのマウントポイントを通るキャスターラインを示しています。
この角度は、ステアリングにジャイロ効果をもたらすために使用されます。
これは、自動車のステアリングホイールを回した後、ホイールから手を離すことで実証できます。
キャスターのおかげで、ドライバーの操作なしで、ステアリングが曲がらずに直進するように修正されます。
サスペンション設計のポイント (3/4のまとめ)
高品質で強力なハードウェアを使用する
サスペンション部品、特にファスナーやロッドエンドは高価なものです。
しかし、安全性だけでなく、成功のためには絶対に必要なものです。
接合部の設計には適切な方法を用いるべきです。良い部品を不適切な方法で取り付けることは、そもそも悪い部品を使うのと同じことです。
強度と耐久性の要件は、常に車両と予想される負荷に関連して考慮する必要があります。
4/4に続く
