自分で創る自分の車 No.6

サスペンション　4/4

サスペンションの種類
サスペンションの種類は、レース車両と乗用車で数十種類のバリエーションがあります。
レースの種類（レーシングカーの場合）や路面の状態、車両の進化に応じて、様々な要求に対応できるようにサスペンションが設計されています。
それぞれのサスペンションには長所と短所がありますが、ここでは主なサスペンションの種類とその長所・短所を紹介します。

■フロントサスペンションの種類

・ビームアクスルサスペンション
ビームアクスルとは、その名の通り、2つの前輪を繋ぐビーム（管）のことです。
下図に示すように、シャーシとの接続は、サスペンションの垂直方向の動きを可能にするリンクロッド（赤）と、垂直方向の動きを可能にしながらアクスルの横方向の動きを防ぐ横方向位置決めリンクロッド（黄）によって行われます。
リンクは、フロントビームアクスルチューブの後ろでシャーシに取り付けられているため、通常は "リーディング" リンクと呼ばれる。
このタイプのサスペンションは、構造がシンプルで、一般的に製造コストが低いと言われています。
このタイプのサスペンションは、シャーシに対するホイールのオフセットを調整するのに適しており、サークルトラックレースで有効である。
現在では、主にスプリントカーや、ピックアップトラックに採用されている。

ビームアクスルが優れているのは、ボディロール時にゼロキャンバーを維持できることと、高い強度が得られることの2点です。
しかし、その分、重量が増えてしまうのが難点です。
ビームアクスルとシャシーの結合方法は、このサスペンションの挙動に大きな影響を与えます。
例えば、サスペンションの動きの中でリンケージがニュートラルになるように設計されていないと、路面の凹凸などによってステアリングの角度が変わってしまいます。
適切に設計されていれば、これらの課題はほぼ克服できます。


・ストラット式サスペンション
多くの市販車（特に前輪駆動の場合）は、マクファーソンストラットサスペンションを採用しています。
この設計では、ロワーAアームとスプリング/ショックアブソーバーを使用して、アップライト・ナックルを車両に接続します。
この2つのパーツは、縦方向の動きを許容しながら、横方向と縦方向の位置決めを行います。
シンプルな構造で比較的低コストであることから、多くのエコノミーカーにマクファーソンストラット式サスペンションが採用されている。
しかし、このタイプのサスペンションにはいくつかの欠点があります。
下図は、基本的なサスペンションのレイアウトを示しています。

マクファーソンストラット式サスペンションに幅広のタイヤを装着すると、スクラブ半径が大きくなり、全体的な操舵力が増大するだけでなく、サスペンションメンバーへの負荷が増大して破損の原因となります。
また、このサスペンションデザインは、ストラット・ショックを車体へ納めるためにサスペンションパッケージの垂直方向の高さが必要となり、車両デザインによってはうまくいかない場合もあります。


・不等長ダブルウィッシュボーン
不等長ダブルウィッシュボーン・サスペンションは、その名の通り、長さの異なる2本のウィッシュボーン（上側が短い）を、インボードでシャーシに、アウトボードでアップライト・ナックルに接続したものです（下図参照）。
上下のウィッシュボーンのジオメトリーとアップライト・ナックルのデザインが良ければ、車体のロールに合わせてキャンバーを稼ぐことで、タイヤの接地面積を最大化することができます。
また、他のサスペンションデザインの問題点である挙動の問題もほとんどなく、正確なハンドリングが求められる場合に好適なサスペンションです。

このようなデザインの代償として、製造コストが上昇しますが、レーシングカーやスポーツカーにとっては、追加コストをかける価値は大いにあります。



■リアサスペンションの種類

・ライブアクスル（ホーシング）
ライブアクスルは、その強度とシンプルさから、過去に後輪駆動の乗用車に多く採用されましたが、現在も使用されています。
下図に示す基本設計では、2つの後輪をつなぐチューブを使用している。
中間には、各車輪に動力を配分するディファレンシャルがある。ビームアクスルと同様に、リンクやリーフスプリングを用いてアクスルとシャシーを結合し、垂直方向の動きを可能にし、縦方向と横方向の動きを制御します。
しかし、リアアクスルの場合、リンクは通常 "トレーリング"（アクスルの前でシャーシに取り付けられる）と考えられている。

ライブアクスルサスペンションにはいくつかのサブタイプが存在し、それぞれがシャシーとの接続方法やサスペンションの挙動を管理するためのアプローチによって区別されている。
ホッチキス・ドライブ・サスペンション（上図2枚目に示すように）は、リーフ・スプリングを使って車軸を固定し、車両を支えます。
振動を減衰させるために別にショックアブソーバーが使用されます。
リンク式サスペンション（上図1枚目）は、リンクを使用して、サスペンションの上下方向の動きは可能だが、縦方向（前後方向）と横方向（左右方向）の動きは制限します。
トルクアーム式サスペンションは、リンク式サスペンションに比べてアームが長く、車軸にかかるトルクの制御方法が異なるのが特徴です。
これらのタイプはすべて、車輪が地面にしっかりと押さえつけられ、振動やホイールホップがなく、車両の方向に沿ってまっすぐに走ることを基本としています。



・不等長ダブルウィッシュボーン
不等長ダブルウィッシュボーンサスペンションは、フロントサスペンションと同様に、後輪にも使用することができます。
サスペンションジオメトリーの設計に柔軟性があるため、リアサスペンションをフロントサスペンションに合わせて、各ホイールを独立してチューニングすることができます。
駆動輪用のサスペンションとして使用する場合、アップライト・ナックルはハーフドライブシャフト（下図）に接続され、ホイールに合わせて上昇・下降するアウトボードCV（Constant Velocity）ジョイントを備えています。

■サスペンション設計のヒント (4/4のまとめ)
・サスペンションからドライバーを守る
ホイールやサスペンションが破損すると車内に侵入する可能性がある車両（例：ドライバーがサスペンションマウントの横にいる）では、破損したウィッシュボーンやリンクをたわませる侵入防止パネルを設置することで安全性を高めることができます。

・ラジアルタイヤとバイアスプライタイヤとキャンバー
ラジアルタイヤは、静的なネガティブキャンバー（サスペンションに組み込まれたキャンバー）に対してより耐性があります。
サスペンションの可動域が大きい場合（バンプ/縮む：50～75㎜以上、ドロップ/伸びる：50～75㎜以上）は、ネガティブキャンバーを多めにつけて、サスペンションがもたらすプラスの変化を補うと効果的です。
このような状況では、ラジアルタイヤの方が効果的です。

次回からシャシー編になります。