エアサスペンション

エアサスペンションは、電動またはエンジン駆動のエアポンプまたはコンプレッサーで駆動する車両サスペンションの一種です。このコンプレッサーは、通常は繊維強化ゴムでできた柔軟なベローズに空気を送り込みます。多くの類似機能を備えたハイドロニューマチックサスペンションとは異なり、エアサスペンションは加圧液体ではなく加圧空気を使用します。空気圧によってベローズが膨らみ、シャーシが車軸から持ち上げられます。

エアサスペンションは、バスやトラックなどの大型車両や一部の乗用車で、従来のスチールスプリングの代わりに使用されています。セミトレーラーや列車（主に旅客列車）で広く使用されています。

エアサスペンションの目的は、スムーズで一定の乗り心地を提供することですが、スポーツサスペンションに使用される場合もあります。自動車や小型トラックの最新の電子制御システムは、ほとんどの場合、昇降機能に加えてセルフレベリング機能を備えています。従来はエアバッグまたはエアベローズと呼ばれていましたが、正しい用語はエアスプリングです（ただし、これらの用語は、エンドプレート付きのゴムベローズ要素のみを説明する場合にも使用されます）。

1901年1月7日、イギリスの技術者アーチボルド・シャープは「ローリングミトンシール」と呼ばれる空気圧または油圧装置を可能にするシールの製造方法の特許を取得し、^[1] 1901年1月11日には自転車の空気サスペンションを提供する装置の使用に関する特許を申請した。^[2]この1901年のシールを使用したさらなる開発が続いた。^{[3] [4]}エアスプリングス社という会社が1909年にASLオートバイの生産を開始した。^[5]これは前後に空気圧サスペンションを備えた珍しいもので、当時のオートバイのどの形状でもリアサスペンションは珍しいものだった。サスペンションユニットは通常のガーダーフォークに似ていたが、スプリングが伸縮式空気ユニットに置き換えられており、ライダーに合わせて加圧できるものだった。オートバイの生産は1914年に終了した。

1901年1月22日、アメリカ人のウィリアム・W・ハンフリーズが「車両用空気ばね」というアイデアの特許を取得しました。^[6]この設計は、車両のほぼ全長に渡って縦方向に溝が設けられた左右の空気ばねで構成されていました。溝は2つの長い空気圧クッションを収容できるように凹面になっていました。各クッションは片側が閉じられ、もう一方の端に空気弁が設けられていました。^[7]

1920年からフランス人のジョージ・メシエはアフターマーケット向けの空気圧サスペンションシステムを提供した。^[8]彼が1922年から1930年にかけて製造したメシエの自動車には、「4つのガスの泡で車体を浮かせる」サスペンションが搭載されていた。^[9]

第二次世界大戦中、米国はコンパクトな構造で重量を軽減するために大型航空機用の空気サスペンションを開発した。空気システムは、自動水平サスペンションを実現するために大型トラックや航空機にも使用されていた。空気圧を調整することで、車軸の高さは車両の荷重に依存しなかった。^[10]

1946年、アメリカ人のウィリアム・ブッシュネル・スタウトは、四輪独立エアサスペンションシステムなど、数多くの革新を特徴とする非量産型のスタウト・スカラベの試作車を製作した。 ^[11]

1950年、エアリフト社は自動車の工場出荷時のコイルスプリングに挿入されるゴム製のエアスプリングの特許を取得しました。このエアスプリングはコイルスプリングの空間に膨張し、工場出荷時のスプリングが完全に圧縮されるのを防ぎ、車両がたわむのを防ぎます。このエアスプリングは長年NASCARレースカーでもよく使用されていました。 ^[12]

1954年、フランス人のポール・マジェスは、初期のエアサスペンションのコンセプトの利点を取り入れた、機能的なエア/オイルハイドロニューマチックサスペンションを開発したが、加圧空気ではなく油圧流体を使用したものであった。 ^[13] シトロエンは、最高級モデルであるトラクションアバント15ハイドロリークの後車軸の従来のスチールスプリングを交換した。^[14] 1955年、シトロエンDSは4輪ハイドロニューマチックサスペンションを採用した。これは、非常に柔らかく快適なサスペンションと、制御された動きによるシャープなハンドリングと、セルフレベリングサスペンションを組み合わせたものであった。^[15]

1956 年にEMDの実験的なエアロトレインにエアサスペンションが使用されました。

米国では、ゼネラルモーターズが第二次世界大戦の経験を生かしてトラックや飛行機にエアサスペンションを取り付けた。同社は1957年新型キャデラック エルドラド ブロアムに標準装備としてエアサスペンションを導入した。^[16]各車輪の「エアドーム」には、路面の凹凸を補正し、車高を自動的に維持するセンサーが含まれていた。^[17] 1958年と1959年、このシステムはエルドラド ブロアムに引き継がれ、他のキャデラックにも追加料金でオプションとして提供された。^{[18] [19]}

1958年、ビュイックは、従来のコイルスプリングの代わりに4つの空気シリンダーを備えた自動水平調整用のオプションの「エアポイズドサスペンション」と、ダッシュボード上の「ブートストラップ」コントロールを導入しました。これにより、急な坂道や轍のある田舎道での使用、タイヤ交換の容易化、ホワイトウォールタイヤの清掃のために、車を5.5インチ（139.7ミリメートル）持ち上げることができました。^[20] 1959年には、ビュイックはすべてのモデルにオプションの「エアライド」システムを提供しました。これは、前部に「ソフトレート」スチールコイルスプリング、後部にエアスプリングを組み合わせたものでした。^[21]

オプションのエアサスペンションシステムは、1958年と1959年のランブラーアンバサダー、およびアメリカンモーターズの「クロスカントリー」ステーションワゴンの全モデルで利用可能でした。^{[22] [23]}「エアコイルライド」は、エンジン駆動のコンプレッサー、リザーバー、コイルスプリング内のエアバッグ、および車高制御を使用していましたが、99ドルのオプションシステムは購入者の間で人気がなく、アメリカンモーターズ（AMC）は1960年にそれを中止しました。^{[22] [24]}

キャデラックだけが1960年モデルまでエアサスペンションを提供し続け、エルドラド・セビル、ビアリッツ、ブロアムでは標準装備となった。^[25]

1960年、ボルグヴァルトP100は自動水平調整式エアサスペンションを搭載した最初のドイツ車となった。^[26]

1962年、メルセデスベンツW112プラットフォームの300SEモデルにエアサスペンションが搭載されました。^[10]このシステムでは、前部に2つの車軸バルブ、後部に1つの車軸バルブを備えたボッシュ製メインバルブが使用されました。これらは各車軸の円錐形のエアスプリングを制御します。このシステムは、エンジンで駆動する単気筒エアコンプレッサーで満たされたエアリザーバーを使用して、一定の車高を維持しました。1964年、メルセデスベンツ600はより大きなエアスプリングを使用し、圧縮空気システムはブレーキサーボにも電力を供給しました。

ロールス・ロイス社は、シトロエン社からライセンスを受けて製造されたシステムであるセルフレベリングサスペンションを1965 年型ロールス・ロイス シルバーシャドウに採用しました。

1975年、メルセデス・ベンツ450SEL 6.9は、特許が切れていたハイドロニューマチックサスペンションを採用しました。 ^[10]この設計は、1984年まで600モデルで使用されていた高価で複雑で問題のある圧縮空気システムに代わるものでした。^[10]

1960年から1983年まで、エアサスペンションはアメリカ製の標準生産車には搭載されていませんでした。1984年、フォード モーター カンパニーはリンカーン コンチネンタル マーク VIIの機能として新しいデザインを採用しました。

1986年、日産はマクファーソンストラットにエアバッグ改良を施したモデルをセドリックとグロリアに搭載した。

Dunlop Systems Coventry UK は、オフロード車用の電子制御エアサスペンション (ECAS) の先駆者でもありました。ECAS という用語は商標登録されました。このシステムは、1993 年モデルの Land Rover Range Rover に初めて搭載されました。

2005 年、GMハマー H2には、オフロード用途のタイヤ空気圧をサポートするために、 ダンロップのデュアル コンプレッサー コントロール システムを備えたオプションのリア エア サスペンション システムが搭載されました。

エアサスペンションを採用している車種としては、アウディ、アキュラ、^[27] ベントレー、BMW、キャデラック、シトロエン、フォード、ジェネシス、ハマー、ヒュンダイ、ジャガー、ジープ、ランドローバー、ランボルギーニ、レクサス、リンカーン、メルセデス・ベンツ、メルセデス・マイバッハ、ポルシェ、ラム、リビアン、ロールス・ロイス、双龍、スバル、テスラ、フォルクスワーゲン、ボルボなどがあります。

ジャガーやポルシェなどの企業は、スポーツ/トラック モードに合わせて、サスペンションのスプリング レートやダンピング設定などを変更するシステムを一部のモデルに導入しています。リンカーン マーク VIIIには、メモリー シート システムにリンクされたサスペンション設定があり、車が個々のドライバーに合わせてサスペンションを自動的に調整します。

ほとんどのエアサスペンション設計は高さ調節が可能で、乗り降りや段差のクリア、荒れた地形のクリアが容易になります。最低地上高が低い車は空気力学的特性が異なるため、自動車メーカーはアクティブサスペンション技術を使用して効率や操縦性を向上させることができます。たとえば、テスラはモデルSとモデルXに「アクティブエアサスペンション」を使用して、空気力学と航続距離の延長のために車両を下げたり上げたりしています。^[28]

2014年、新型メルセデスSクラスクーペは、マジックボディコントロールのアップデートであるアクティブカーブティルティングを導入しました。^{[29]この新しいシステムにより、車両は}傾斜列車と同様に、最大2.5度まで曲がることができます。この傾斜は、乗員への遠心力の影響を打ち消すことを目的としており、後輪駆動モデルでのみ利用可能です。^{[30] [31]}

エアサスペンションはカスタムカー文化で人気が高まっており、ストリートロッド、トラック、自動車、さらにはオートバイにもエアスプリングが装備されていることがあります。エアスプリングは、車両を非常に低く抑えながらも、舗装された路面の障害物や凹凸を乗り越えるのに十分な高さまで上昇させることができる調整可能なサスペンションを提供するために、これらの用途で使用されています。これらのシステムでは通常、小型の電動またはエンジン駆動のエアコンプレッサーが使用され、場合によっては車載のエアレシーバータンクに充填され、将来すぐに使用できるように圧縮空気を貯蔵します。タンクのサイズがタスクに合わせて調整され、コンプレッサーの出力、標準大気圧、圧縮圧力を含む特定の式を使用して計算できることが重要です。^[32]

高圧工業用ガスボンベ（溶接用シールドガスを貯蔵するために使用される窒素または二酸化炭素タンクなど）は、より過激なエアサスペンション設定で使用されることがあります。これらのリザーバー システムはいずれも完全に調整可能で、各ホイールの空気圧を個別に調整できます。これにより、ユーザーは車両を左右、前後に傾けたり、場合によっては「3 輪ヒット」（車両をねじ曲げて 1 つの車輪が地面から浮き上がる）したり、車両全体を空中に「跳ね上げ」たりすることができます。圧力リザーバーが存在する場合、空気またはガスの流れは一般に空気圧ソレノイド バルブで制御されます。これにより、ユーザーは瞬間接触の電気ボタンまたはスイッチを押すだけで調整を行うことができます。

これらのシステムの取り付けと構成は、メーカーやモデルによって異なりますが、基本的な原理は同じです。金属スプリング (コイルまたはリーフ) が取り外され、エア バッグ (エア スプリングとも呼ばれます) が工場出荷時のスプリングの位置に挿入または取り付けられるように製造されます。エア バッグに空気圧が供給されると、サスペンションを上下に調整できます (持ち上げたり下げたり)。

ピックアップトラックなどのリーフスプリングサスペンションを備えた車両の場合、リーフスプリングが取り除かれ、マルチバーリンケージに置き換えられることがあります。これらのバーは、通常、トレーリングアーム構成になっており、エアスプリングは、リンクバーまたは車軸ハウジングと車両フレーム上の点との間に垂直に配置されます。他の場合には、エアバッグは、追加のカンチレバーメンバー上のメインリンクバーから車軸の反対側に配置されます。メインリンケージバーが車の縦（駆動）軸と平行に向いている場合、車軸ハウジングは、パナールロッドまたはワットリンケージのいずれかで横方向に拘束される場合があります。場合によっては、2つのリンクバーを組み合わせて三角形にし、車両の車軸を効果的に横方向に拘束することがあります。

多くの場合、所有者は、クリアランスを増やすためにフレームの一部を切り取らなければならないほど、車両を低くしたいと考えるかもしれません。次に、構造的完全性を維持するために、一般的に C ノッチと呼ばれる補強部材を車両フレームにボルトで固定するか溶接します。特にピックアップ トラックでは、最大の車軸クリアランスを確保するために、荷台の一部 (ノッチ) もホイール ウェルとともに削除されるため、このプロセスは「ノッチング」と呼ばれます。^[33]エアバッグが完全に収縮したときにフレームが地面に接するほど車両を低くすることが望ましい場合もあります。所有者は通常、エア サスペンションが完全に下がったときにホイールをアーチに「押し込む」か、または代わりに、伸ばしたタイヤと組み合わせてアーチ自体をタイヤとリムの間にフィットさせる「フィットメント」を選択します。

エアサスペンションは、ピックアップトラック、SUV、バン、または車で重い荷物を牽引または運搬する人にとって、一般的なサスペンションアップグレードです。エアスプリングは「エアヘルパースプリング」とも呼ばれ、車両の後部または前部の既存のサスペンションコンポーネントに配置され、負荷容量を増やします。エアサスペンションを負荷サポート強化として使用する利点の1つは、牽引または運搬していないときにエアスプリングを収縮させることができるため、工場出荷時の乗り心地を維持できることです。^[34]

電子制御エアサスペンション（ECAS）は、1993年にレンジローバークラシック^[35]に搭載され、後にレンジローバーP38Aにも搭載されたエアサスペンションシステムの名称です。このシステムは、1990年代初頭に英国コベントリーの ダンロップシステムズアンドコンポーネンツ社によって開発されました。

ECAS は、オンロードおよびオフロード アプリケーション用に高さ可変のサスペンションを提供します。ECAS で通常提供される 5 つのサスペンションの高さは (高さの点から低いものから高いものの順に)、「積載」、「ハイウェイ」、「標準」、「オフロード」、「オフロード拡張」です。高さは速度センサーとアンダーキャリッジ センサーに基づいて自動的に制御されますが、手動のライド ハイト スイッチを使用すると、ドライバーがサスペンションを制御できます。「積載」と「オフロード」の高さは、通常時速 35 マイル (56 km/h) 未満の速度でのみ使用できます。「ハイウェイ」設定は手動では使用できません。これは、車両が通常時速 50 マイル (80 km/h) を超える速度で 30 秒以上移動しているときに設定されます。機械式スプリング システム (たわみが負荷に比例する) とは異なり、エア スプリングの圧力を変更することで、負荷とは無関係に高さを変更できます。

エア スプリングは、スムーズな乗り心地を実現するように設計されており、オフロードでのクリアランスのために車体を持ち上げ、高速道路での走行のために車体を下げる機能も備えています。たわみが荷重に比例する機械式スプリングでは、このようなことはできません。ECAS では、高さは荷重とほとんど無関係です。ECAS の開発者は、エア スプリングを装備した LCV タイプの車両の荷重と荷重の変化を確認する関連システムである LoadSafe も設計しました。

システムは次のもので構成されています。

• 各車輪に加硫ゴムのエアスプリング
• エアコンプレッサーは、通常トランク（トランク）内またはボンネットの下に設置されています。
• 急速な「ひざまずき」のために圧縮空気貯蔵タンクが組み込まれ、約 150psi (1000 kPa) の空気を貯蔵する (1psi=6.89kPa)。
• 一連のソレノイド、バルブ、および多数のOリングを介して貯蔵タンクから4つの空気バネに空気を送るバルブブロック
• 車のメインコンピュータであるBeCMと通信し、空気圧をどこに送るかを決定するECASコンピュータ
• システム全体に空気を送る一連の 6 mm エアパイプ (主に貯蔵タンクからバルブ ブロックを経由してエアスプリングまで)
• 乾燥剤が入ったエアドライヤーの容器
• 理想的には、車両の 4 つのコーナーすべてに高さセンサーを設置します。通常は、抵抗接触感知に基づいて、車両の各コーナーの絶対的な高さの基準を提供します。
• Dunlop Systems and Components Ltd は、電子制御ユニット (ECU) を車両の床下に収められるレベルまで製品の開発を続けています。制御バルブははるかに小型で軽量化されており、同社は独自のコンプレッサー製品群を生産しています。

マルチチャンバーエアサスペンションは、エアサスペンションのスプリング特性を段階的に制御できるサスペンションです。

ジェネシスG90に採用されているマルチチャンバーエアサスペンションは3つのチャンバーで構成されています。3つのチャンバーはスムーズな乗り心地のために使用され、1つのチャンバーはダイナミックな運転感覚のために使用されます。各チャンバーの間に配置されたソレノイドバルブと独立した電子制御ユニットが制御プロセスを監視します。また、基本最低地上高148mmは、運転モード、運転速度、運転環境に応じて、高、標準、低、超低の4段階に分かれています。運転モード、運転速度、運転環境に応じて、インフォテインメント画面を通じてドライバーにガレージコントロールを通知します。エアサスペンション制御では、スピードバンプコントロール、ハンプコントロール、スロープコントロール、高速走行コントロール機能がアクティブになります。

エアバッグやエアストラットの故障は、通常、経年劣化による湿った錆、またはエアシステム内の湿気が内部からエアシステムを損傷することによって発生します。エアライドサスペンション部品は、ゴムが乾燥すると故障する場合があります。エアバッグの穴は、道路上の破片によって引き起こされる場合があります。カスタムアプリケーションでは、不適切な取り付けにより、エアバッグが車両のフレームやその他の周囲の部品に擦れて損傷する場合があります。ショックアブソーバーなどの他のサスペンションコンポーネントによって十分に制限されていないエアスプリングの過剰な伸長も、柔軟な層が裂けてエアスプリングの早期故障につながる可能性があります。エアスプリングが故障すると、車両が地面に擦れたり、高すぎて動けなくなるため、車両が完全に動かなくなることもあります。ただし、ほとんどの最新の自動車システムは、これらの問題の多くを克服しています。^{[引用が必要]}

エアラインの故障は、エアバッグまたはストラットをエアシステムの残りの部分に接続するチューブの故障であり、通常は DOT 承認のナイロン製エアブレーキラインです。これは通常、車両のシャーシを通ってエアバッグに配線する必要があるエアラインが、シャーシメンバーまたは可動サスペンションコンポーネントの鋭利なエッジに擦れて穴が開いた場合に発生します。このモードの故障は、通常、システムの最初のインストール後、しばらくしてから発生します。これは、エアラインの一部の整合性が、素材の擦れとその結果生じる摩耗によって故障点まで損なわれるためです。エアラインの故障は、道路の破片がエアラインに当たって穴が開いたり裂けたりした場合にも発生する可能性がありますが、これは通常の道路使用で発生する可能性は低いです。^{[出典が必要]}これは厳しいオフロード条件で発生しますが、正しくインストールされている場合は一般的ではありません。

エアフィッティングの故障は、通常、最初に取り付けたとき、またはめったに使用されていないときに発生します。安価で低品質のコンポーネントは、信頼性が非常に低い傾向があります。エアフィッティングは、バッグ、バルブ、ソレノイドなどのコンポーネントを、空気を移送するエアラインに接続するために使用されます。これらはコンポーネントにねじ込まれ、ほとんどの場合、押し込み式または押し込み式の DOT ラインがフィッティングに挿入されます。

コンプレッサーの故障は、主にエアスプリングまたはエアストラットの漏れが原因です。漏れのある空気システムで正しい空気圧を維持しようとすると、コンプレッサーは焼損します。コンプレッサーの焼損は、空気システム内の水分が電子部品に接触することでも引き起こされる可能性があります。これは、コストが低いために購入されることが多い、デューティサイクルが不十分な低仕様のコンプレッサーで発生する可能性がはるかに高くなります。システムの冗長性を確保するには、2台のコンプレッサーを使用する方がよい場合が多いです。^[36]

乾燥機の故障では、空気システムから水分を除去する機能を持つ乾燥機が最終的に飽和状態になり、その機能を果たせなくなります。これにより、システム内に水分が蓄積し、空気ばねの損傷やコンプレッサーの焼損につながる可能性があります。

ECAS コンピュータは、事前にプログラムされた基準を使用して障害を検出し、システムを無効にして「ハード障害モード」にすることができます。このモードでは、車両がサスペンションのバンプストップまで下げられ、修理されるまでパフォーマンスが大幅に低下した状態でも使用可能になります。

多くの愛好家は、特別に開発されたソフトウェアを実行するラップトップやハンド コンピューターなどの診断装置を使用して、誤った障害を解消し、修理の必要性を回避します。中には、高さ感知装置のレバー比を調整してセンサーを操作し、車両を常に特定の車高に設定したり、補助的な ECU を使用してシステムを「騙す」人もいます。

システム内の漏れは、多くの場合、過度のデューティ サイクルによるメイン シールの摩耗が原因で発生し、コンプレッサーの早期故障を引き起こす可能性があります。

エアスプリングは、機械式スプリングに比べてさまざまな利点があるため、バスのサスペンションに使用されています。機械式スプリングと比較して、エアサスペンションはエアバッグの圧力を高めることでさまざまな車両重量に調整でき、車両の高さを特定の値に維持できます。標準的なコーチには、車両を持ち上げてブレークオーバー角度を増やすフェリーリフトと呼ばれるシステムもあります。^[37]このシステムは、急な傾斜路と接地の危険性があるため、コーチをフェリーに積み降ろしするのに役立ちますが、荒れた地面や急な頂上でも使用できます。フェリーリフトは一部のバスに取り付けられている場合もありますが、公共交通機関のバスではニールダウン機能の方が一般的です。これにより、ステップの高さが低くなり、乗客の乗り降りが容易になります。ニールダウン機能は、内蔵の車椅子用スロープを使用するときにも使用されます。いくつかの利点があるため、エアサスペンションは1980年以来、商用車で広く使用されています。^[38]

• 「エアサスペンションに関するよくある質問と用語」。airliftperformance.com。2014 年 3 月 7 日。
• 「エアサスペンション用語」。airliftcompany.com。2013 年 11 月 11 日。
• 「エアサスペンション – 実際はどのように機能するのか？」luftfjadring24.se。2024年4月17日。